SU1277028A1 - Устройство дл измерени напр женности импульсного магнитного пол - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Цель - повышение чувствительности измерений. Устройство дл  измерени  напр женности импульсного магнитного пол  содержит источник оптического излучени  (ИОИ) 1, магниточувствительный датчик (МЧД) корпус 4, фотоприемник 5, регистрирующий прибор 6. Цель достигаетс  тем, что введен электромагнитный экран 8, в котором размещают ИОИ 1, фотоприемник 5 и регистрируюЕтий прибор 6, а МЧД выполнен в виде отрезка диэлектрического световода 2, изготовленного из магнитострикционного материала, например из феррогранатов алюмоиттриевого , железоиттриевого или иттриевогаллиевого , и- заключенного в оболочку 3 из материала с меньшим показателем преломлени , например кварцевого или халькогенидного стекла. В опи (О сании приведены математические фор (Л муль дл  расчета. 1 ил. ND vl «vl о d 30

Description

«

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  напр женности импульсного магнитного пол .

Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности измерений импульсного магнитного пол .

На чертеже приведена функциональна  схема устройства (стрелкой показано направление измер емого импульс ного магнитного пол  H(t).

Устройство содержит источник 1 оптического излучени , магниточувст- вительный датчик, вьшолненный в виде отрезка диэлектрического световода 2 выполненного из магнитострикционного материала и.заключенного в оболочку 3 из материала с меньшим показателем преломлени , корпус 4, фотоприемник 5, регистрирующий прибор 6, волоконно-оптическую линию св зи 7, электро магнитньй экран 8. Источник оптического излучени  1, фотоприемник 5 и регистрирующий прибор 6 расположены вне зоны действи  исследуемого импульсного магнитного пол  и помещены в электромагнитный экран 8. I

1

Источником оптического излучени  1 могут служить, например, оптические квантовые генераторы непрерывного излучени  типа ЛГ-126, вырабатывающего оптические излучени  с длинами волн 0,63 мкм, 1,15 мкм и 3,39 мкм, ЛГ-65, выра0аты)зающего оптическое излучение длиной волны 0,63 мкм, и полупроводниковый оптический генератор непрерывного режима работы ИЛПН-103 с излучением в дискретной точке диапазона длин волн 0,82-0,91 мкм.

В качестве магнитострикционного материала отрезка диэлектрического световода 2 могут быть использованы, например, Леррогранаты алюмоиттрие- вый (YjAljO,) железоиттриевый (YjFegO,2) иттриевогаллиевый (,..) и др.

Б качестве оболочки 3 могут быть использованы различные стекла, выпускаемые отечественной промышленностью и примен емые дл  изготовлени световодов, например кварцевые (KB, КВ-Р, КИ), халькогенидные ИКС-23, ИКС-24, ИКС-29, ИКС-30 и др.

Корпус А может быть изготовлен из немагнитного диэлектрического материала , например фторопласта Ф-4МБ,

10

5

20

2770282

В качестве фотоприемника 5 могут быть использованы, например, фотоэлектронные умножители ФЭУ-83, ФЭУ-79 а также полупроводниковые фотодиоды 5 ФД-252, ФД-252-1.

Регистрирующим прибором 6 могут служить запоминающие осциллографы СВ-13, С8-14 или осциллографы СРГ-5, С9-4А с фотоприставкой СФР-21.

В качестве волоконно-оптической линии св зи 7 могут быть использованы , например,волоконно-оптические гибкие жгуты О-ВХ-1-1,0 или О-ИК-ВС-1- 1,0 ОСТЗ-3990-77.

В основу работы устройства положена амплитудна  модул ци  оптического излучени , проход щего по отрезку диэлектрического световода, за счет потерь на микроизгибах, дифракции оптического излучени  на ультразвуке и уменьшени  числовой апертуры отрезка световода, под воздействием упругих колебаний, вызванных в магни- тострикционном материале отрезка световода изменением напр женности измер емого импульсного магнитного пол .

В исходном состо нии при отсутствии магнитного пол  оптическое излучение от источника 1 оптического из- 30 лучени , проход  по волоконно-оптической линии св зи 7 через отрезок диэлектрического световода 2, преобразуетс  фотоприемником 5 в электрический сигнал и регистрируетс  с помощью регистрирующего прибора 6 как исходный уровень отсчета измер емого пол . При возникновении импульса магнитного пол ,в области которого находитс  отрезок диэлектрического световода 2, в магнитострикционном материале возникает упруга  деформаци , привод ща  к возрастанию потерь оптического излучени , определ емых зависимостью

25

35

40

5

где

Ут ,

-1

,-5/г

0

km- а Л 5

потери оптического .излучени  на микроизгибах; посто нна ;

радиус отрезка диэлектрического световода 2; радиус оболочки 3; относительна  разность показателей преломлени , равна 

Л

П, -Пз

где n - показатель преломлени  материала отрезка диэлектрического световода 2; п. .- показатель преломлени  материала оболочки 3. Упругие колебани  также вызывают модул цию по амплитуде проход щего по отрезку диэлектрического световода 2 оптического излучени  за счет дифракции на ультразвуке, определ емую выражением

sin

2S

15

25

интенсивность дифрагированного оптического излучени ; интенсивность излучени  на входе отрезка ступенчатого световода;

посто нна , равна 3,14; длина волны оптического излучени ;

длина отрезка диэлектрического световода 2; акустооптическое качество материала отрезка световода; мощность упругих колебаний; площадь поперечного сечени  отрезка диэлектрического световода.

того, потери оптического изозникают за счет уменьшени  апертуры NA отрезка диэлектсветовода 2 при воздействии олебаний, возникших в магни- онном материале, котора 

30

NA S in и, - п - п ,

де 0.

п, п ,, предельный угол падени  оптического излучени  на торцовую поверхность отрезка диэлектрического световода 2, соответствующий максимальному углу полного внутреннего отражени ; показатель преломлени  материала отрезка диэлектрического световода 2; показатель преломлени  материала оболочки 3.

Так как величина упругой деформации магнитострикционного материала отрезка диэлектрического волновода 2  вл етс  функцией магнитного пол 

0

5

0

5

0

(-g,

где 0 - упруга  деформаци  магнито- стрикционного материала отрезка диэлектрического световода 2;

у - константа, определ юща  пр мой магнитострикционный эффект;

Ш - магнитна  проницаемость маг- нитострикционного материала; Н - напр женность измер емого импульсного магнитного пол ; М- - модуль упругости магнитострикционного материала, то поглощение оптического излучени  в отрезке диэлектрического световода 2  вл етс  мерой величины регистрируемого импульсного магнитного пол .

Применение указанных стандартных приборов и элементов, а также в качестве магнитострикционного материала отрезка диэлектрического световода алюмоиттриевого феррограната (,) с диапазоном прозрачности 0,24-6 мкм и показателем преломлени  п 1,8222 на длине волны Л 0,9 мкм, а в качестве оболочки отрезка световода стек ло TOtOI с показателем преломлени  П2 1,6522 (разность показателей преломлени  сердцевины и оболочки составл ет 10%),, позволило повысить чувствительность по сравнению с прототипом примерно в 10 раз.

Claims (1)

1. Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  напр женности импульсного магнитного пол . Целью изобретени   вл етс  повышение чувствительности измерений импульсного магнитного пол . На чертеже приведена функциональна  схема устройства (стрелкой показано направление измер емого импульс ного магнитного пол  H(t). Устройство содержит источник 1 оптического излучени , магниточувствительный датчик, вьшолненный в виде отрезка диэлектрического световода 2 выполненного из магнитострикционного материала и.заключенного в оболочку 3 из материала с меньшим показателем преломлени , корпус 4, фотоприемник 5, регистрирующий прибор 6, волоконно-оптическую линию св зи 7, электро магнитньй экран 8. Источник оптического излучени  1, фотоприемник 5 и регистрирующий прибор 6 расположены вне зоны действи  исследуемого импульсного магнитного пол  и помещены в электромагнитный экран 8. I Источником оптического излучени  1 могут служить, например, оптические квантовые генераторы непрерывного излучени  типа ЛГ-126, вырабатывающего оптические излучени  с длинами волн 0,63 мкм, 1,15 мкм и 3,39 мкм, ЛГ-65, выра0аты)зающего оптическое излучение длиной волны 0,63 мкм, и полупроводниковый оптический генератор непрерывного режима работы ИЛПН-103 с излучением в дискретной точке диапазона длин волн 0,82-0,91 мкм. В качестве магнитострикционного материала отрезка диэлектрического световода 2 могут быть использованы например, Леррогранаты алюмоиттриевый (YjAljO,) железоиттриевый (YjFegO,2) иттриевогаллиевый (,..) и др. Б качестве оболочки 3 могут быть использованы различные стекла, выпускаемые отечественной промышленностью и примен емые дл  изготовлени световодов, например кварцевые (KB, КВ-Р, КИ), халькогенидные ИКС-23, ИКС-24, ИКС-29, ИКС-30 и др. Корпус А может быть изготовлен и немагнитного диэлектрического матери ала, например фторопласта Ф-4МБ, 282 В качестве фотоприемника 5 могут быть использованы, например, фотоэлектронные умножители ФЭУ-83, ФЭУ-79 а также полупроводниковые фотодиоды ФД-252, ФД-252-1. Регистрирующим прибором 6 могут служить запоминающие осциллографы СВ-13, С8-14 или осциллографы СРГ-5, С9-4А с фотоприставкой СФР-21. В качестве волоконно-оптической линии св зи 7 могут быть использованы , например,волоконно-оптические гибкие жгуты О-ВХ-1-1,0 или О-ИК-ВС-11 ,0 ОСТЗ-3990-77. В основу работы устройства положена амплитудна  модул ци  оптического излучени , проход щего по отрезку диэлектрического световода, за счет потерь на микроизгибах, дифракции оптического излучени  на ультразвуке и уменьшени  числовой апертуры отрезка световода, под воздействием упругих колебаний, вызванных в магнитострикционном материале отрезка световода изменением напр женности измер емого импульсного магнитного пол . В исходном состо нии при отсутствии магнитного пол  оптическое излучение от источника 1 оптического из- лучени , проход  по волоконно-оптической линии св зи 7 через отрезок диэлектрического световода 2, преобразуетс  фотоприемником 5 в электрический сигнал и регистрируетс  с помощью регистрирующего прибора 6 как исходный уровень отсчета измер емого пол . При возникновении импульса магнитного пол ,в области которого находитс  отрезок диэлектрического световода 2, в магнитострикционном материале возникает упруга  деформаци , привод ща  к возрастанию потерь оптического излучени , определ емых зависимостью Ут , потери оптического .излучени  на микроизгибах; посто нна ; радиус отрезка диэлектрического световода 2; радиус оболочки 3; относительна  разность показателей преломлени , равна  где n -показатель преломлени  материала отрезка диэлектрического световода 2; п. .- показатель преломлени  материала оболочки 3. Упругие колебани  также вызывают модул цию по амплитуде проход щего по отрезку диэлектрического световода 2 оптического излучени  за счет дифракции на ультразвуке, определ емую выражением где I, интенсивность дифрагированного оптического излучени  интенсивность излучени  на входе отрезка ступенчатого световода; посто нна , равна 3,14; длина волны оптического излучени ; длина отрезка диэлектрического световода 2; акустооптическое качество материала отрезка световода мощность упругих колебаний площадь поперечного сечени  отрезка диэлектрического световода. Кроме того, потери оптического из лучени  возникают за счет уменьшени  числовой апертуры NA отрезка диэлект рического световода 2 при воздействи упругих колебаний, возникших в магни тострикционном материале, котора  равна NA S in и, - п - п , где 0. предельный угол падени  оп тического излучени  на тор цовую поверхность отрезка диэлектрического световода 2, соответствующий максимальному углу полного внут реннего отражени ; показатель преломлени  материала отрезка диэлектрического световода 2; показатель преломлени  мат риала оболочки 3. Так как величина упругой деформа ции магнитострикционного материала отрезка диэлектрического волновода  вл етс  функцией магнитного пол  (-g, где 0 - упруга  деформаци  магнито- стрикционного материала отрезка диэлектрического световода 2; у - константа, определ юща  пр мой магнитострикционный эффект; Ш - магнитна  проницаемость магнитострикционного материала; Н - напр женность измер емого импульсного магнитного пол ; М- - модуль упругости магнитострикционного материала, то поглощение оптического излучени  в отрезке диэлектрического световода 2  вл етс  мерой величины регистрируемого импульсного магнитного пол . Применение указанных стандартных приборов и элементов, а также в качестве магнитострикционного материала отрезка диэлектрического световода алюмоиттриевого феррограната (,) с диапазоном прозрачности 0,24-6 мкм и показателем преломлени  п 1,8222 на длине волны Л 0,9 мкм, а в качестве оболочки отрезка световода стекло TOtOI с показателем преломлени  П2 1,6522 (разность показателей преломлени  сердцевины и оболочки составл ет 10%),, позволило повысить чувствительность по сравнению с прототипом примерно в 10 раз. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  напр женности импульсного магнитного пол , содержащее источник оптического излучени , магниточувствительный датчик и фотоприемник, соединенные волоконно-оптической линией св зи, и регистрирующий прибор, соединенный с фотоприемником, отличающеес   тем, что, с целью повышени  чувствительности измерений, в него введен электромагнитный экран, а магниточувствительный датчик выполнен в виде отрезка диэлектрического световода , вьшолненного из магнитострикционного материала и заключенного в оболочку из материала с меньшим,чем у материала световода,показателем преломле512770286

   ни ,и размещен в корусе,а источник оп- регистрирующий прибор размещены в тического излучени , фотоприемник и электромагнитном экране о