RU61042U1

RU61042U1 - Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока

Info

Publication number: RU61042U1
Application number: RU2006133513/22U
Authority: RU
Inventors: Марат Абдуллович Ураксеев; Ксения Владимировна Соловей
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2006-09-18
Publication date: 2007-02-10

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам, и может быть использована для измерения магнитных полей и электрических токов. Задача, на которую направлена полезная модель, заключается в повышении точности измерений и расширении функциональных возможностей. Поставленная задача решается за счет того, что в волоконно-оптическом датчике магнитного поля и электрического тока последовательно с фотоприемным устройством соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор. В отличии от прототипа последовательно с фотоприемным устройством соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам, и может быть использована для измерения магнитных полей и электрических токов.

Известен волоконно-оптический датчик тока, рассмотренный в Lightwave Technology, v.LT-1, 1, March 1983, р.93-97 и взятый в качестве наиболее близкого аналога.

Конструктивно известный датчик представляет собой устройство, содержащее источник излучения (AlGaAs LED, длина волны 0,85 мкм), оптически активный кристалл Bi₁₂GeO₂₀ и систему "поляризатор-анализатор", выполненную на уголковых призмах (polaryzed beam splitters), фотоприемник, градиентные линзы. В качестве соединителей используются многомодовые оптические волокна с диаметром сердцевины 100 мкм и числовой апертурой 0,18.

Недостатком данного датчика является значительная температурная погрешность - ≈4° на интервале температур от -25° до +65°С, обусловленная температурными дрейфами собственного кругового двулучепреломления и константы Верде кристалла.

За прототип принят волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока (патент RU, №2213356, кл. G 01 R 29/00, 2003), содержащий источник оптического излучения соединенного с поляризатором посредством волоконного световода, магнитооптическую ячейку Фарадея, анализатор и фотоприемник. Повышение температурной стабильности в прототипе по сравнению с аналогом обеспечивается тем, что угол между оптическими осями поляризатора и анализатора выбирается в зависимости от

длин магнитооптической ячейки Фарадея, выполненной в виде оптически активного кристалла.

Недостатком данного датчика является недостаточно высокая точность измерений вследствие использования аналоговых элементов и ограниченные функциональные возможности вследствие отсутствия устройств обработки и хранения информации об измеренных величинах магнитных полей и электрических токов.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение точности измерений и расширение функциональных возможностей.

Поставленная задача решается тем, что в волоконно-оптическом датчике магнитного поля и электрического тока, содержащем источник оптического излучения соединенного с поляризатором посредством волоконного световода, магнитооптическую ячейку Фарадея, анализатор и фотоприемное устройство, в отличие от прототипа последовательно с фотоприемным устройством соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор.

На фиг.1 приведена структурная схема заявляемого волоконно-оптического датчика магнитного поля и электрического тока, где 1 - источник оптического излучения (лазер или лазерный диод), 2 - волоконный световод, 3 - поляризатор, 4 - магнитооптическая ячейка Фарадея, 5 - анализатор, 6 - фотоприемное устройство (фотодиод), 7 - усилитель, 8 -аналого-цифровой преобразователь, 9 - микроконтроллер, 10 - жидкокристаллический индикатор.

На фиг.2 показана магнитооптическая ячейка Фарадея 1, указаны направления светового потока Ф и магнитной силовой линии измеряемого магнитного поля напряженности Н. На фиг.3 приведена круглая шина 1 с измеряемым током I указаны направления тока I и светового потока Ф в магнитооптической ячейке Фарадея 2 и картина магнитного поля вокруг шины с током.

Заявляемый датчик работает следующим образом.

При прохождении света, излучаемого лазерным диодом 1, через поляризатор 2 (фиг.1) он становится плоскополяризованным.

При прохождении электрического тока I по проводнику 1 (фиг.3) вокруг него создается магнитное поле, напряженность которого по закону полного тока определяется как:

где R - расстояние от проводника с током до рассматриваемой точки.

При непосредственном воздействии магнитного поля угол фарадеевского вращения находится по формуле:

где L - длина пути света в катушке из оптического волокна.

В анализаторе 5 (фиг.1) угол поворота плоскости поляризации плоскополяризованного луча φ преобразуется в изменение мощности оптического сигнала:

Где P₀ - мощность света при отсутствии магнитного поля.

Оптический сигнал с выхода анализатора поступает в фотодиод 6 (фиг.1), а далее в виде электрического сигнала в усилитель 7, усиленный аналоговый сигнал в аналого-цифровой преобразователь 8, преобразуется в цифровой код, который может храниться и обрабатываться в микроконтроллере 9 и представляется на жидкокристаллическом индикаторе 10 результатом измерения величины электрического тока или магнитного поля.

Таким образом, предлагаемый волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока отличается от аналогичных датчиков расширенными функциональными возможностями, заключающимися в возможности сохранения и обработки результатов

измерения в микроконтроллере и при необходимости их отображения на жидкокристаллическом индикаторе, а так же увеличенной точностью.

Claims

Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока, содержащий источник оптического излучения, соединенный с поляризатором посредством волоконного световода, магнитооптическую ячейку Фарадея, анализатор и фотоприемное устройство, отличающийся тем, что последовательно с фотоприемным устройством соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер и жидкокристаллический индикатор.