RU2170439C1 - Microresonator fiber-optical electric current pickup - Google Patents
Microresonator fiber-optical electric current pickup Download PDFInfo
- Publication number
- RU2170439C1 RU2170439C1 RU99127768/28A RU99127768A RU2170439C1 RU 2170439 C1 RU2170439 C1 RU 2170439C1 RU 99127768/28 A RU99127768/28 A RU 99127768/28A RU 99127768 A RU99127768 A RU 99127768A RU 2170439 C1 RU2170439 C1 RU 2170439C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- microresonator
- electric current
- current
- conductor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к волоконно-оптическим преобразователям физических величин (температуры, давления, электромагнитных полей и др.) с использованием микромеханических резонаторов (МР), возбуждаемых светом. The invention relates to fiber-optic converters of physical quantities (temperature, pressure, electromagnetic fields, etc.) using micromechanical resonators (MR) excited by light.
Конструктивно МР, как правило, представляют собой микробалку, микроконсоль, микромембрану и т.п., изготовленные из монокристаллов кремния или пьезокварца методами анизотропного травления, плазмохимии монокристаллических материалов. Внешнее воздействие деформирует подложку МР и через изменение внутреннего механического напряжения изменяет резонансную частоту акустических колебаний, возбуждаемых светом. Structurally, MRs, as a rule, are a microbeam, a micro-console, a micro-membrane, etc., made of silicon or piezoelectric quartz single crystals by anisotropic etching, plasma chemistry of single-crystal materials. An external action deforms the MR substrate and, through a change in internal mechanical stress, changes the resonant frequency of acoustic vibrations excited by light.
В связи с малой амплитудой колебаний МР (~0,1 мкм) в волоконно-оптических датчиках (ВОД) физических величин применяется как интерферометрический метод съема информации о резонансной частоте МР с помощью интерферометра Фабри-Перо, так и частотный. Due to the small amplitude of the MP oscillations (~ 0.1 μm) in fiber-optic sensors (VOD) of physical quantities, both the interferometric method of taking information about the resonant frequency of MR using the Fabry-Perot interferometer and the frequency one are used.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по технической сущности и достигаемому результату является ВОД физических величин с оптическим методом возбуждения колебаний МР и частотным съемом информации (см. патент РФ N 2135957, БИ N 24 от 27.08.99 г.). The closest to the proposed technical solution in terms of technical nature and the achieved result is the VOD of physical quantities with the optical method of exciting MR oscillations and frequency data reading (see RF patent N 2135957, BI N 24 of 08/27/99).
Устройство содержит волоконно-оптический лазер (ВОЛ), МР, выполненный в виде микромостика (микромостика на мембране), коллиматор, выполненный в виде градиентной стержневой линзы (ГСЛ) в четверть периода, формирующей Гауссовы пучки, одномодовый изотропный световод, полупрозрачное зеркало, в качестве которого служит граница раздела световод-воздух с коэффициентом отражения R1 = 3,2%, фотоприемник, анализатор спектра, полупроводниковый лазер накачки на длине волны λн = 0,98 мкм.
В известном техническом решении один торец световода ВОЛ оптически сопряжен с коллиматором, расположенным между этим торцом и МР, а второй торец является выходным и связан с анализатором спектра через фотоприемник, при этом отражающая поверхность МР образует с выходным торцом световода двухзеркальный оптический резонатор ВОЛ, а отражающая поверхность МР в исходном положении ориентирована к оптической оси коллимированного луча под некоторым заданным углом θи.
Дискретная форма выходного сигнала ВОД, большая протяженность канала передачи и высокая точность измерения резонансной частоты делают этот тип ВОД перспективным при его использовании в системах измерения физических величин.The device contains a fiber optic laser (VOL), an MR made in the form of a microbridge (microbridge on the membrane), a collimator made in the form of a gradient rod lens (GSL) in a quarter of the period forming a Gaussian beam, a single-mode isotropic fiber, a translucent mirror, as which is the fiber-air interface with a reflection coefficient R 1 = 3.2%, a photodetector, a spectrum analyzer, a semiconductor pump laser at a wavelength of λ n = 0.98 μm.
In the known technical solution, one end of the fiber optic waveguide is optically coupled to a collimator located between this end and the MR, and the second end is the output and is connected to the spectrum analyzer through a photodetector, while the reflecting surface of the MR forms a two-mirror optical resonator of the optical fiber with the output end of the fiber, and the reflecting the surface of the MR in the initial position is oriented to the optical axis of the collimated beam at a certain given angle θ and .
The discrete form of the output signal of the VOD, the large length of the transmission channel and the high accuracy of measuring the resonant frequency make this type of VOD promising when used in physical quantity measurement systems.
Недостатком данного решения является следующее. Наличие в конструкции ВОД автоколлиматора на основе стержневых линз снижает стабильность параметров коллимированного пучка в условиях воздействия на автоколлиматор таких дестабилизирующих факторов, как изменение температуры, давления, ускорения и др. Нестабильность параметров коллимированного пучки ухудшает такие характеристики микрорезонаторных ВОД физических величин, как надежность, точность, быстродействие, а также снижает эффективность взаимодействия ВОЛ с МР за счет нестабильности θи - угла начальной ориентации оптической оси коллимированного пучка относительно нормали к отражающей поверхности МР. Кроме того, в известном техническом решении конструкция и технология изготовления МР ограничивают возможность его применения для дистанционного измерения электрического тока. Действительно, выполненный из монокристалла кремния методом анизотропного травления и плазмохимии МР также снабжен дополнительным покрытием из металла, которое выполняет роль второго зеркала резонатора ВОЛ (первое - граница раздела световод-воздух на входе фотоприемника). Такой МР мало эффективен для дистанционного измерения электрического тока.The disadvantage of this solution is the following. The presence of an autocollimator based on rod lenses in the water design reduces the stability of the collimated beam parameters under the influence of such destabilizing factors as changes in temperature, pressure, acceleration, etc. Instability of the collimated beam parameters worsens physical characteristics of microresonator water such as reliability, accuracy, performance, and reduces the efficiency of interaction with OX MR due instability and θ - the angle of the initial orientation of the optical and the collimated beam relative to the normal to the reflecting surface of the MR. In addition, in the known technical solution, the design and manufacturing technology of MRs limit the possibility of its use for remote measurement of electric current. Indeed, an MR made of a silicon single crystal by anisotropic etching and plasma chemistry is also provided with an additional metal coating, which acts as the second VOL cavity mirror (the first is the fiber-air interface at the photodetector input). Such MR is not very effective for remote measurement of electric current.
Задача, решаемая данным изобретением, заключается в разработке микрорезонаторного ВОД физических величин для дистанционного измерения электрического тока на основе применения магнитосилового эффекта, возникающего при взаимодействии с МР магнитного поля проводника с током i, который подлежит измерению. Магнитное поле проводника с током изменяет характеристики МР, что приводит к изменению резонансной частоты в системе ВОЛ-МР пропорционально величине тока в проводнике. The problem solved by this invention is the development of microresonator water of physical quantities for remote measurement of electric current based on the application of the magnetospheric effect arising from the interaction of magnetic field of the conductor with current i, which is to be measured. The magnetic field of a conductor with current changes the characteristics of MR, which leads to a change in the resonant frequency in the VOL-MR system in proportion to the magnitude of the current in the conductor.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в микрорезонаторном волоконно-оптическом датчике электрического тока, включающем волоконно-оптический лазер в качестве источника оптического излучения, микрорезонатор с зеркальным отражателем, автоколлиматор, фотоприемник, анализатор спектра, в качестве автоколлиматора использован волоконный автоколлиматор, выполненный в виде одномодового кварцевого световода со сферической линзой, сформированной на торце световода, а микрорезонатор выполнен в виде пленки из магнитного материала, а также тем, что в качестве магнитного материала микрорезонатора использовано спиновое стекло, а также тем, что в качестве магнитного материала микрорезонатора использован монокристалл железоиттриевого граната. The solution to this problem is provided by the fact that in a microresonator fiber-optic electric current sensor, including a fiber-optic laser as an optical radiation source, a microresonator with a mirror reflector, an autocollimator, a photodetector, a spectrum analyzer, a fiber autocollimator made in the form of a single-mode is used as an autocollimator a quartz fiber with a spherical lens formed at the end of the fiber, and the microcavity is made in the form of a film of magnetic material and and in that the magnetic material as used microresonator spin glass, and in that the magnetic material as used microresonator iron garnet single crystal.
Суть заявляемого технического решения заключается в разработке ВОД электрического тока, в котором коллимирование луча, взаимодействующего с МР, осуществляется с помощью волоконного автоколлиматора, а изменение величины измеряемого электрического тока проводника с током сопряжено с изменением характеристик МР под действием магнитного поля этого проводника с током. При этом изменение характеристик МР приводит к изменению резонансной частоты в системе ВОЛ-МР (при осуществлении модуляции добротности двухзеркального оптического резонатора вследствие фотоиндуцированных угловых отклонений одного из зеркал резонатора ВОЛ, в качестве которого служит МР). The essence of the claimed technical solution is to develop an electric current water supply, in which the beam interacting with the MR is collimated using a fiber autocollimator, and a change in the measured electric current of the conductor with current is associated with a change in the characteristics of the MR under the influence of the magnetic field of this conductor with current. In this case, a change in the characteristics of the MR leads to a change in the resonant frequency in the VOL-MR system (when Q-switching the two-mirror optical resonator due to photoinduced angular deviations of one of the mirrors of the VOL resonator, which is the MR).
Предлагаемый волоконный автоколлиматор выполнен в виде участка одномодового кварцевого световода со сферической микролинзой, сформированной непосредственно на торце этого световода. The proposed fiber autocollimator is made in the form of a section of a single-mode quartz fiber with a spherical microlens formed directly at the end of this fiber.
В Гауссовом приближении зависимость параметров коллимированного пучка d, θo от геометрических размеров микролинзы и характеристик световода описывается выражениями:
где d - диаметр коллимированного пучка, формируемого микролинзой на ее выходе;
θo - угол расходимости коллимированного пучка;
dc - диаметр световедущей сердцевины световода;
NA - числовая апертура одномодового световода;
l - длина микролинзы;
n - показатель преломления материала микролинзы.In the Gaussian approximation, the dependence of the parameters of the collimated beam d, θ o on the geometric dimensions of the microlens and the characteristics of the fiber is described by the expressions:
where d is the diameter of the collimated beam formed by the microlens at its output;
θ o is the divergence angle of the collimated beam;
d c is the diameter of the light guide core of the fiber;
NA is the numerical aperture of a single-mode fiber;
l is the length of the microlens;
n is the refractive index of the microlens material.
Радиус микролинзы R рассчитывается по формуле:
(2)
которая получена из условия, что торец световода располагается в фокальной плоскости микролинзы, а показатель преломления среды (воздуха), в которой распространяется коллимированный пучок, принят равным 1. Оптимальное значение расстояния между микролинзой и МР определяется экспериментально из условия максимального значения отношения сигнал-шум.The radius of the microlens R is calculated by the formula:
(2)
which is obtained from the condition that the end of the fiber is located in the focal plane of the microlens, and the refractive index of the medium (air) in which the collimated beam propagates is taken to be 1. The optimal distance between the microlens and the MR is determined experimentally from the condition of the maximum signal-to-noise ratio.
Стабильность параметров коллимированного пучка обеспечивается, во-первых, конструкцией автоколлиматора, представляющей собой монолитную структуру из одномодового материала, в которой соединение кварцевого световода с микролинзой из кварцевого стекла осуществляется с помощью сварки в электрической дуге, позволяющей получить высокую механическую прочность и эффективное оптическое сопряжение элементов, во-вторых, слабым влиянием дестабилизирующих факторов (изменений температуры, давления, электромагнитных полей и др.) на показатель преломления и геометрические размеры микролинзы. The stability of the collimated beam parameters is ensured, firstly, by the design of an autocollimator, which is a monolithic structure of single-mode material, in which the connection of a quartz fiber with a micro lens of quartz glass is carried out by welding in an electric arc, which allows to obtain high mechanical strength and effective optical coupling of elements, secondly, the weak influence of destabilizing factors (changes in temperature, pressure, electromagnetic fields, etc.) on the indicator refractions and geometric dimensions of a microlens.
Так, в соответствии с формулой (1), исходя из известных значений термооптических и фотоупругих характеристик для кварцевого стекла (световода), получим оценки:
Это значит, что в диапазоне температур 0 - 800oC изменения параметров коллимированного пучка не превышают соответственно 5% и 3%.So, in accordance with formula (1), based on the known values of thermooptical and photoelastic characteristics for quartz glass (fiber), we obtain estimates:
This means that in the temperature range 0 - 800 o C the changes in the parameters of the collimated beam do not exceed 5% and 3%, respectively.
Далее отметим, что при данном способе возбуждения автоколебаний в системе ВОЛ-МР основным фактором, определяющим эффективность взаимодействия ВОЛ и МР является угол расходимости пучка θo, определяющий ширину интервала Δθи = θ2- θ1, а именно, чем меньше угол расходимости θo, тем больше ширина интервала Δθи и наоборот.Further, we note that with this method of exciting self-oscillations in the VOL-MR system, the main factor determining the efficiency of the VOL and MR interaction is the beam divergence angle θ o , which determines the interval width Δθ and = θ 2 - θ 1 , namely, the smaller the divergence angle θ o, the larger the width and interval of Δθ and vice versa.
В предлагаемой конструкции автоколлиматора АК обеспечивается возможность вариации значений θo в широких пределах, что приводит к существенному увеличению ширины зоны существования устойчивых автоколебаний в системе ВОЛ-МР и, следовательно, повышает эффективность их взаимодействия и улучшает технические характеристики устройства: точность, надежность, стабильность.In the proposed design of the AK autocollimator, it is possible to vary θ o values over a wide range, which leads to a significant increase in the width of the zone of existence of stable self-oscillations in the VOL-MR system and, therefore, increases the efficiency of their interaction and improves the technical characteristics of the device: accuracy, reliability, stability.
Для иллюстрации возможностей волоконного АК ниже приводятся оценки параметров коллимированных пучков (d, θo) при некоторых типовых значениях геометрических размеров волоконных АК и характеристик одномодового световода.To illustrate the possibilities of a fiber AK, estimates of the parameters of collimated beams (d, θ o ) are given below for some typical values of the geometric dimensions of fiber AKs and the characteristics of a single-mode fiber.
Имеем, при
- диаметре микролинзы, D (мкм), 200...300
- длине микролинзы, l (мкм), 700...900
- радиусе микролинзы, R (мкм), 200...300
- параметрах одномодового световода (λ = 1,55 мкм, NA = 0,15, dc 6,5 мкм)
следующие параметры коллимированных пучков:
- диаметр коллимированного пучка, формируемого микролинзой на ее выходе (мкм), d = 50...150,
- угол расходимости коллимированного пучка (рад) θo = 8 • 10-3 ... 2 • 10-2.We have, for
- the diameter of the microlens, D (microns), 200 ... 300
- the length of the microlens, l (microns), 700 ... 900
- the radius of the microlens, R (microns), 200 ... 300
- parameters of a single-mode fiber (λ = 1.55 μm, NA = 0.15, d c 6.5 μm)
the following parameters of collimated beams:
- the diameter of the collimated beam formed by the microlens at its output (μm), d = 50 ... 150,
- the divergence angle of the collimated beam (rad) θ o = 8 • 10 -3 ... 2 • 10 -2 .
Что касается сущности магнитосилового эффекта и его использования, то здесь следует отметить следующее. With regard to the essence of the magnetospheric effect and its use, the following should be noted.
Дифференциальное уравнение изгибных колебаний МР, находящегося под действием продольной силы Fx, направленной вдоль его длины, в общем случае записывается в виде:
где μ - масса единицы длины МР;
E - модуль Юнга МР;
J - момент инерции поперечного сечения МР.The differential equation of the bending vibrations of the MR, which is under the action of the longitudinal force F x directed along its length, is generally written in the form:
where μ is the mass of a unit length MP;
E - Young's modulus MR;
J is the moment of inertia of the cross section of the MR.
Представляя изгибные колебания y (x, t) в виде Φ(x)eiωt, получаем:
где K4 = Ex/EJ
здесь ωк - частота собственных колебаний МР.Representing the bending vibrations y (x, t) in the form Φ (x) e iωt , we obtain:
Where K 4 = E x / EJ
here ω to - the frequency of natural oscillations of MR.
Решение уравнения (3) с учетом (4) требует введения соответствующих граничных условий. The solution of equation (3) with allowance for (4) requires the introduction of appropriate boundary conditions.
Рассмотрим в качестве примера МР, выполненный в двух модификациях: в виде микроконсоли и микробалки. Для микроконсоли граничные условия в рассматриваемом случае можно представить как
где l - длина микроконсоли.Consider, as an example, an MR performed in two versions: in the form of a micro-console and a micro-beam. For a microconsole, the boundary conditions in this case can be represented as
where l is the length of the microconsole.
При размещении МР в виде микроконсоли (из магнитомягкого аморфного сплава) во внешнее магнитное поле проводника с током изменяются характеристики МР, что приводит к изменению частоты собственных колебаний МР. When an MR is placed in the form of a micro-console (made of a soft magnetic amorphous alloy), the characteristics of the MR change in the external magnetic field of the conductor with current, which leads to a change in the frequency of the natural oscillations of the MR.
Если магнитное поле проводника с током намагничивает консоль до насыщения, то
Fx = S•Ms•Hx
где Hx - напряженность магнитного поля проводника с током i;
Fx - магнитная сила, действующая на МР;
S - площадь поперечного сечения консоли (a•d);
Ms - намагниченность насыщения;
a - ширина консоли;
d - толщина консоли.If the magnetic field of a conductor with current magnetizes the console to saturation, then
F x = S • M s • H x
where H x is the magnetic field strength of the conductor with current i;
F x is the magnetic force acting on the MR;
S is the cross-sectional area of the console (a • d);
M s is the saturation magnetization;
a is the width of the console;
d is the thickness of the console.
Решая совместно уравнения (3) и (5), получаем трансцендентное уравнение, из которого следует, что при Fxl2/EJ≅ 1 частота собственных колебаний МР зависит линейно от величины Hx:
При Hx ≅ HA (где HA - поле анизотропии, параметр ферромагнетика) эффект магнитосилового взаимодействия мал, и в выражении (6) можно пренебречь соответствующим членом в квадратных скобках по сравнению с единицей. Тогда частота собственных колебаний МР будет изменяться, главным образом, за счет изменения модуля упругости E от Hx
Не нарушая общности рассуждений, рассмотрим взаимосвязь частоты собственных колебаний МР в системе ВОЛ-МР с магнитным полем бесконечного прямолинейного проводника с током i, расположенного на расстоянии Z0 от МР.Solving equations (3) and (5) together, we obtain a transcendental equation, from which it follows that for F x l 2 / EJ≅ 1, the natural frequency of the MP oscillations depends linearly on the value of H x :
At H x ≅ H A (where H A is the anisotropy field, the ferromagnet parameter), the effect of magneto-force interaction is small, and the corresponding term in square brackets can be neglected in expression (6) compared to unity. Then the frequency of the natural oscillations of the MR will change mainly due to a change in the elastic modulus E from H x
Without violating the generality of reasoning, we consider the relationship between the frequency of the natural oscillations of the MR in the VOL-MR system with the magnetic field of an infinite rectilinear conductor with current i located at a distance Z 0 from the MR.
С учетом принципа суперпозиции магнитных полей имеем:
Из выражения (8) следует, что при известном значении аргумента Hx, определяемом из выражения (7), вычисляется ток i, протекающий по проводнику, расположенному от МР на расстоянии r0. Аналогично по величине Hx дистанционно измеряется ток i проводников иных конфигураций: прямоугольного витка, кругового витка, тороида, соленоида и т.п.Given the principle of superposition of magnetic fields, we have:
From the expression (8) it follows that for a known value of the argument H x determined from the expression (7), the current i flowing through the conductor located from the MR at a distance r 0 is calculated. Similarly, by the value of H x , the current i of the conductors of other configurations is remotely measured: a rectangular coil, a circular coil, a toroid, a solenoid, etc.
При использовании МР в виде балки, закрепленной с двух сторон, ход рассуждений аналогичен. Применительно к балке, краевые условия запишутся в виде:
Решая уравнение (3) с учетом (9) в функциях Крылова, находим, что частота f собственных колебаний МР, нагруженного продольной силой Fx, связана с частотой ненагруженного резонатора f0 следующим образом:
f2 = f0 2(1+f2 = f
Константа α зависит от Fx и геометрических размеров МР (l, d, a). При Fxl2/EJ ≅ 10 значение α практически постоянно и равно α = 0,0246. В этом приближении уравнение (10) можно линеаризовать с точностью 0,5%, что дает следующую зависимость f(Fx):
где ρ - плотность образца МР.When using MR in the form of a beam fixed on both sides, the course of reasoning is similar. In relation to the beam, the boundary conditions are written in the form:
Solving equation (3) taking into account (9) in the Krylov functions, we find that the frequency f of the natural oscillations of the MR loaded by the longitudinal force F x is related to the frequency of the unloaded resonator f 0 as follows:
f 2 = f 0 2 (1 + f 2 = f
The constant α depends on F x and the geometric dimensions of the MP (l, d, a). For F x l 2 / EJ ≅ 10, the value of α is almost constant and equal to α = 0.0246. In this approximation, equation (10) can be linearized with an accuracy of 0.5%, which gives the following dependence f (F x ):
where ρ is the density of the MR sample.
При увеличении продольной силы Fx влияние упругих свойств балки на изгибную жесткость уменьшается, и в пределе при Fx___→ ∞ формула (11) переходит в формулу для частоты колебаний струны с α = 0,0197.
На чертеже представлена схема микрорезонаторного ВОД электрического тока, где 1 - ВОЛ, активированный эрбием, накачка которого осуществляется на длине волны λн = 0,98 мкм, 2 - одномодовый световод, 3 - АК, выполненный в виде участка одномодового кварцевого световода со сферической микролинзой, сформированной непосредственно на торце световода, 4 - зеркало M1 оптического резонатора, в качестве которого служит граница раздела световод-воздух, 5 - МР, представляющий собой ленту (пленку) из магнитомягкого аморфного сплава (например, спиновое стекло (металл-глас), монокристалл железоиттриевого граната) в виде микроконсоли (микробалки), 6 - угол θи между нормалью к отражающей поверхности МР 5 и оптической осью пучка, сформированного волоконным АК 3, 7 - зеркало M2, в качестве которого использована отражающая поверхность МР 5, l - длина микролинзы, D - диаметр микролинзы, d - диаметр коллимированного пучка, H - расстояние между микролинзой и МР 5, 8 - проводник с током, Hx - магнитное поле проводника с током 8, 9 - фотоприемник, 10 - анализатор спектра.With an increase in the longitudinal force F x, the influence of the elastic properties of the beam on the bending stiffness decreases, and in the limit at F x ___ → ∞, formula (11) goes over into the formula for the string vibration frequency with α = 0.0197.
The drawing shows a diagram of a microresonator VOD of electric current, where 1 is a fiber optic waveguide activated by erbium, which is pumped at a wavelength of λ n = 0.98 μm, 2 is a single-mode fiber, 3 is an AK made in the form of a section of a single-mode quartz fiber with a spherical microlens formed directly on the end face of the light guide 4 - the mirror M 1, the optical resonator, which serves as the boundary between the fiber-air, 5 - MP representing a tape (film) of amorphous magnetically soft alloy (e.g., spin-on glass ( Ferrous materials-tone), a single crystal yttrium iron garnet) as a microconsole (mikrobalki) 6 - the angle θ between the normal to the reflecting surface MR 5 and the optical beam axis formed fiber AK 3, 7 - the mirror M 2, as which used the reflecting surface MP 5, l is the length of the microlens, D is the diameter of the microlens, d is the diameter of the collimated beam, H is the distance between the microlens and MP 5, 8 is the conductor with current, H x is the magnetic field of the conductor with current 8, 9 is the photodetector, 10 is spectrum analyzer.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
ВОД электрического тока, проградуированный по диапазону измеряемого электрического тока, размещается относительно проводника с током 8 на определенном расстоянии Z0 таким образом, чтобы продольная ось МР 5 и направление магнитных сил Fx магнитного поля проводника с током 8 совпадали. Независимо от конфигурации МР (консоль, балка) магнитное поле проводника Hx, воздействуя на МР 5, приводит к изменению характеристик МР 5 и, следовательно, его собственной резонансной частоты, связанной с измеряемым током. В системе ВОЛ 1 - МР 5 устанавливается автоколебательный режим с частотой колебаний F, совпадающей с резонансной частотой i-ой моды колебаний МР: fi = F, где i = 1, 2, ... m. При этом автоколебательный режим в системе ВОЛ-МР осуществляется за счет модуляции амплитуды коэффициента отражения оптического резонатора ВОЛ вследствие фотоиндуцированных угловых отклонений зеркала, в качестве которого служит МР.The electric current VOD, calibrated over the range of the measured electric current, is placed relative to the conductor with current 8 at a certain distance Z 0 so that the longitudinal axis MP 5 and the direction of the magnetic forces F x of the magnetic field of the conductor with current 8 coincide. Regardless of the configuration of the MR (console, beam), the magnetic field of the conductor H x , acting on the MP 5, leads to a change in the characteristics of the MP 5 and, therefore, its own resonant frequency associated with the measured current. In the VOL 1 - MP 5 system, a self-oscillating mode is established with the oscillation frequency F, which coincides with the resonant frequency of the i-th mode of MP oscillations: f i = F, where i = 1, 2, ... m. In this case, the self-oscillating regime in the VOL-MR system is carried out by modulating the amplitude of the reflection coefficient of the VOL optical resonator due to photoinduced angular deviations of the mirror, which is the MR.
Таким образом, предложен новый принцип построения микрорезонаторного ВОД электрического тока, содержащего волоконный автоколлиматор, обеспечивающий высокую стабильность параметров коллимированного пучка в широком диапазоне воздействия дестабилизирующих факторов. Thus, a new principle is proposed for constructing a microresonator VOD of an electric current containing a fiber autocollimator, which ensures high stability of the collimated beam parameters in a wide range of destabilizing factors.
Изобретение позволяет получить следующие положительные свойства:
- снижение массы и габаритов ВОД;
- повышение надежности, точности, стабильности, быстродействия;
- увеличение эффективности взаимодействия волоконно-оптического лазера и микрорезонатора.The invention allows to obtain the following positive properties:
- reduction in the mass and dimensions of water;
- improving the reliability, accuracy, stability, speed;
- an increase in the efficiency of interaction between a fiber-optic laser and a microresonator.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99127768/28A RU2170439C1 (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Microresonator fiber-optical electric current pickup |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99127768/28A RU2170439C1 (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Microresonator fiber-optical electric current pickup |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2170439C1 true RU2170439C1 (en) | 2001-07-10 |
Family
ID=20228838
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99127768/28A RU2170439C1 (en) | 1999-12-28 | 1999-12-28 | Microresonator fiber-optical electric current pickup |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2170439C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8988061B2 (en) | 2011-02-10 | 2015-03-24 | U.S. Department Of Energy | Nanomechanical electric and electromagnetic field sensor |
-
1999
- 1999-12-28 RU RU99127768/28A patent/RU2170439C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8988061B2 (en) | 2011-02-10 | 2015-03-24 | U.S. Department Of Energy | Nanomechanical electric and electromagnetic field sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0104943B1 (en) | Stabilized fiber optic sensor | |
Bergh et al. | An overview of fiber-optic gyroscopes | |
US7254286B2 (en) | Magneto-optical resonant waveguide sensors | |
US7106919B2 (en) | Magneto-optical sensing employing phase-shifted transmission bragg gratings | |
US6668111B2 (en) | Optical microcavity resonator sensor | |
JP5096858B2 (en) | Optical resonator gyroscope and method for reducing resonance asymmetry error | |
Zhang et al. | Highly sensitive magnetic field microsensor based on direct laser writing of fiber-tip optofluidic Fabry–Pérot cavity | |
US20040149037A1 (en) | Fiber optic accelerometer | |
WO1989002060A1 (en) | Fiber optic gyroscope with improved bias stability and repeatability and method | |
Zhang et al. | Magnetic field sensor based on ring WGM resonator infiltrated with magnetic fluid | |
US7746475B2 (en) | Microgyroscope | |
EP1939636A1 (en) | Fiber optic current sensor and method for sensing current using same | |
RU2170439C1 (en) | Microresonator fiber-optical electric current pickup | |
JPH0774738B2 (en) | Optical fiber rotation sensor | |
US6535654B1 (en) | Method for fabrication of an all fiber polarization retardation device | |
CN114552342B (en) | Photoelectric oscillator magnetic field sensing device based on corrosion type polarization maintaining fiber bragg grating | |
RU2157512C1 (en) | Microresonator fiber-optical sensor of magnetic field | |
Blake et al. | Design and test of a production open loop all-fiber gyroscope | |
RU2163354C1 (en) | Fiber-optical self-sustained oscillator | |
RU2202115C2 (en) | Microresonator-type fiber-optic magnetic-field sensor | |
Zhang et al. | Direct Laser Writing Spiral Sagnac Waveguide for Sensing Magnetic Field with Ultrahigh Sensitivity | |
US20240255406A1 (en) | Methods for flow and fluid properties measurement using intrinsic and extrinsic optical transducers | |
CN217425202U (en) | Whispering gallery mode refractive index sensor | |
Grattan et al. | Optical vibrating quartz crystal pressure sensor using frustrated-total-internal-reflection readout technique | |
Dandridge et al. | Optical fiber sensor technology |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20031229 |