SU1404956A1 - Устройство дл измерени напр женности переменных электрических полей - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области электроизмерительной техники. Устройство дл  измерени  напр женности переменных электрических полей содержит установленные в диэлектрическом корпусе 14 коллимирующий объектив 4, пол ризатор 5, чувствительный элеJ 5 / / / / мент 6 из электрооптического монокристалла и пр моугольную поворотную призму (ППП) 7. Через двужильный волоконно-оптический кабель, на входном торце которого находитс  фокусирующа  микролинза (МЛ) 3, а на выходном рассеивающа  МЛ 10, одна часть устройства соединена с другой, включающей монохроматический источник 1 света (МХИС), фотоприемник 11, усилитель 12 и индикатор 13. ППП 7 закреплена гипотенузной гранью на торце чувствительного элемента 6 и выполнена из материала с .коэффициентом преломлени  на длине волны МХИС 1, .определ емым по формуле /п etg , где начальньм фазовый сдвиг, определ ющий положение рабочей точки на передаточной характеристике преобразовани  чувствительного элемента 6j п - коэффициент преломлени  материала ППП 7. Устройство имеет повьшенную точность измерений. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. (Л 4; со СП Од Фиг.1

Description

Изобретение относитс  к электроизмерительной технике и может быть использовано при изучении мощных электромагнитных  влений.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  и чувствительности устройства.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг.2 - положение чувствительного элемента из электрооптического кристалла относительно пр моугольной поворотной призмы; на фиг, 3 - представлены конфигураци  ми крол нз и сравнение апертур систем: собств енно волокно (а), во- локно-собирающа  микролинза (б) и

волокно-расс ивающа  микролинза (в)

Устройство дл  измерени  напр женности переменных электрических полей содержит монохроматический источник 1 света, входной оптический световод 2, с фокусирующей микролинзой 3, коллимирующий объектив 4, пол ризатор 5, чувствительный элемент 6 и з электрооптического монокристалла , пр моугольную поворотную призму 7, фокусирующий объектив 8, выходной оптический световод 9 с рассеивающей микролинзой 10, фотоприемник 11, усилитель 12, индикатор 13 и диэлектрический корпус 14, в котором установлены все оптические элементы устройства за исключением оптических световодов, выполненный в виде моно- .блока., в котором они жестко закреплены и зафиксированы после оптической юстировки. Направление пол ризации пол ризатора параллельно одной из кристаллографических осей X и Y и составл ет Угол 45° с ребром пр моугольной поворотной призмы (фиг,2) Расположение всех оптических эле- .ментов ос1тцествл етс  последовательно по ходу светового потока (от ис- точника к приемнику), причем каждый последукмций элемент в соответствии с возрастанием номера позиции располагаетс  вслед за предыдущим.

Устройство выполнено в виде двух основных частей, соединенных друг с другом световодом, например, волоконно-оптическим кабелем, В состав одной (активной) части вход -т монохроматический источник 1 света, в качестве которого служит полупроводниковый лазерный диод, работающий в ИК-диапазоне, фотоприемник 11 в виде быстродействующего p-i-n фотодиода.

смещенного в обратном направлении, малошум щий широкополосный усилитель 12 на транзисторах и индикатор 13, Источник и (Ьотопоиемник снабжены оптическими соединител ми,позвол ющими стыковать их с волоконно-оптическим кабелем. Эта часть устрой- ства работает в активном режиме и питаетс  от стабилизированного источника питани . В состав второй (пас- сивной) части устройства вход т диэлектрический корпус 14, выполненный в виде моноблока из материала с малым значением диэлектрической проницаемости и  вл ющийс  несущей конструкцией , в которой закреплены механически все оптические элементы (объективы 4 и 8, пол ризатор 5, чувствительный элемент 6 и призма 7), Пассивна  часть устройства помещаетс  в измер емое поле и практически н вносит искажений. Все оптические элементы предварительно юстируютс  по световому потоку источника 1 и затем механически жестко фиксируютс . Чувствительный элемент квадратного сечени  из кристалла KDP (дигидрофос- фата кали ) залит специальным компаундом в виде цилиндрической капсулы со свободными торцами и помещен в тот же корпус. Световой поток пропускаетс  параллельно оси Z кристалла KDP, а положение пр моугольной призмы относительно чувствительного элемента показано на фиг.2, Призма 7 жестко фиксируетс  после юстировки . Пол ризатор пленочного типа вклеен между двум  стекл нными дисками и позвол ет вращать его вокруг оси симметрии в процессе юстировки, после которой также фиксируетс .

Пассивна  часть устройства в виде механически жесткого, герметичного моноблока также снабжена оптическими соединени ми с волоконно-оптическим кабелем, соосно с волокнами которого расположены соответствующие объективы i коллимирующий 4 и фокусирующий 8.

Микро|1;инзы 3 и 10 сформированы на торцах волоконно-оптических световодов 2 и 9 оплавлением в зоне электрической дуги. Апертура входного волокна в этом случае меньше, а выходного волокна больше апертуры собственно волокна (фиг.З), что позвол ет ввести в чувствительный элемент более однородный световой поток и

вывести из него большую часть светового потока, уменьшив вли ние температурных или механических смещений оптических элементов о тносительно оптической оси светового потока.

Устройство работает следующим образом .

Монохроматический источник 1 посто нно излучает световой поток на заданной длине волны, который вводитс  во входной оптический световод 2, фокусируетс  микролинзой 3 и после объектива 4 образуетс  световой поток с малой расходимостью. Этот световой поток пол ризуетс  пол ризатором 5 и пропускаетс  через чувствительный элемент 6 дважды с помощью поворртной призмы 7, затем с помощью объектива 8 и микролинзы 10 вводитс  в выходной оптический световод 9 и попадает на фотоприемник 11, уси- ливаетс  усилителем 12 и регистрируетс  индикатором t3.

Световой поток, плоскость пол ризации которого направлена под углом б 45 к ребру пр моугольной поворотной призмы, претерпева  двукратно отражение, приобретает сдвиг фаз. Сдвиг фаз при однократном отражении может быть подсчитан по формуле Френел 

cos0i/sin20--L П

tgФ„/2

подставив 6 45, получают

tg

Фо

f

При двукратном отражении полученный фазовый сдвиг в 2 раза больше и Определ етс  выражением

Дл  выбора положени  исходной точки на рабочей характеристике устройства , задаваемым начальным фазовым сдвигом, используетс  материал с необходимым показателем преломлени  п.

При отсутствии электрического пол  сдвиг фаз фдмежду двум  ортогональными пол ризаци ми в световом луче задаетс  пр моугольной поворотной призмой 7, световой поток на входе фотоприемника 11 посто нен и соответствует исходной точке на рабочей характеристике.

При наличии электрического пол , имеющего составл ющую коллинеарную оптической оси Z чувствительного элемента 6, последний становитс  дву- лучепреломл ющим дл  данного направлени  света, в результате чего между данными ортогональными пол ризаци ми , соответствующими обыкновеннону и необыкновенному лучам,возникает дополнительный фазовый сдвиг, пропорциональный напр женности оптического пол . Вследствие этого точка на рабочей характеристике сдвигаетс  и происходит изменение светового потока на входе фотоприемника 11, которое регистрируетс  индикатором 13. Причем интенсивность света св зана с напр женностью электрического пол  Е следующим соотношением:

I

IQ COS2 (.

I- +O E),

5

0

5

0

5

0

где I и I- 5

интенсивность и начальна  интенсивность светового потока Фо - начальный сдвиг фаз,

задаваемый призмой 7; 0 - коэффициент, определ емый параметрами выбранного электрооптического материала; Е - значение напр женности электрического пол , и называетс  рабочей кривой (фиг.З).

Таким образом, при малых значени х напр женности эта зависимость линейна .

При измерении монопол рных импульсных электрических полей исходна  точка IQ на рабочей характеристике устройства сдвигаетс  в ту или иную сторону в зависимости от направлени  измер емого электрическо- го пол . Это делаетс  дл  расширени  диапазона измерени , чтобы использовать всю длину линейного участка рабочей характеристики, а не половину, в случае выбора исходной точки 1о на середине линейного участка . Сдвиг осуществл етс  выбором материала (его показател  преломлени ) , из которого изготовлена пр моугольна  поворотна  призма.

Claims (2)

1. Устройство дл  измерени  напр женности переменных электрических

. 5

полей, содержащее св занные оптически последовательно монохроматический источник света, входной оптический световод, пол ризатор, установленный перед первым торцом чувствительного элемента, выполненного из электрооп- тическоЬо монокристалла, фокусирующий объектив, св занный через выходной оптический световод с фотоприем- НИКОМ, к выходу которого подключен вход усилител , выход которого соединен с входом индикатора, отличающее с  тем, что, с целью повышени  точности измерений и чув- ствительности устройства, в него введены коллимирующий объектив, расположенный между торцом входного оптического световода и пол ризатором, и прймоугольна  поворотна  призма, ко- тора  закреплена своей гипотенузной гранью на втором торце чувствительного элемента и выполнена из материала с коэффициентом преломлени  на длине волны монохроматического не-

точника света, определ емым по формуле

п V п -2 tgt,/2.

Фо начальный фазовый сдвиг,

определ ющий положение рабочей точки на передаточной характеристике преобразовани  чувствительного эле- ментаV

п - коэффициент преломл ени  материала призмы.

2. Устройство по п. 1, о т л и - чающеес  тем, что в качестве входного и выходного оптических световодов использован двужильный волоконно-оптический кабель в котором на выходном торце входного оптического волокна сформирована фокусирующа  микролинза, а на входном Торце выходного оптического волокна - рассеивающа  микролинза.

Фиг 2

s

Hj Пг

ni Пг .

/

/

/

4 ч Ч ч

//

/X

/ L

фиг.З

fy arc3invnt-nf

X

X