SU1589796A1

SU1589796A1 - Magnetic field transducer

Info

Publication number: SU1589796A1
Application number: SU884494611A
Authority: SU
Inventors: С.Н. Антонов
Original assignee: Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср
Priority date: 1988-10-14
Filing date: 1988-10-14
Publication date: 1992-07-15

Abstract

Изобретение относитс к оптической магнитометрии и предназначено дл использовани в устройствах измерени магнитного пол высоковольтных линий зредачи электроэнергии, системах магнитной фокусировки. Цель изобретени - pjtc- ширение функциональных возможностей путем измерени пространственного распределени магнитного пол вдоль оси катушки при стационарном положении датчика - достигаетс тем, что витки световода выполнены с измен ющимс вдоль оси катушки радиусом. Устройство содержит катушку одномодового волоконного световода , каркас. Устройство с использованием датчика содержит источник широкополосного оптического излучени , линзу, моно- хроматор, блок перестройки, пол ризатор, обьектив, датчик магнитного пол , пол ризационный анализатор, фотоприемник, блок регистрации сигнала. 2 ил.The invention relates to optical magnetometry and is intended for use in high-voltage electric field measurement devices of the field of high-voltage electric power lines, magnetic focusing systems. The purpose of the invention, pjtc-widening functionality by measuring the spatial distribution of the magnetic field along the axis of the coil at a stationary position of the sensor, is achieved in that the optical fiber turns are made with a radius that varies along the axis of the coil. The device contains a coil single-mode fiber, the frame. A device using a sensor contains a source of broadband optical radiation, a lens, a monochromator, a tuning unit, a polarizer, a lens, a magnetic field sensor, a polarization analyzer, a photodetector, a signal recording unit. 2 Il.

Description

слcl

сwith

Изобретение относитс к оптической магнитометрии и предназначено дл использовани в устройствах измерени магнитного пол высоковольтных линий передачи электроэнергии, системах магнитной фокусировки и т.п.The invention relates to optical magnetometry and is intended for use in devices measuring the magnetic field of high voltage power transmission lines, magnetic focusing systems, and the like.

Целью изобретени вл етс расширение функциональных возможностей путем измерени пространственного распределени магнитного пол вдоль оси датчика при его стационарном положении.The aim of the invention is to enhance the functionality by measuring the spatial distribution of the magnetic field along the axis of the sensor in its stationary position.

На фиг.1 схематически показана конструкци датчика: на фиг.2 - структурно-Функциональна схема одного из возможных вариантов устройства измерени магнитного пол с использованием датчика.Fig. 1 schematically shows the structure of the sensor: Fig. 2 is a structural-functional diagram of one of the possible variants of a magnetic field measurement device using a sensor.

Датчик магнитного пол (фиг.1) выполнен в виде катушки одномодового волоконного световода 1 с измен ющимс вдоль ее оси радиусом витков (намотанной на каркас 2. например, конической формы). Минимальный RI и максимальный R2 радиусы витков таковы, что AI RI А2 R2 1 г , где г - радиус световода; k - числовой коэффициент , завис щий от материала световода; Ai и А2 - граничные длины волн спектрального диапазона в пределах области магнитооптической чувствительности материала световода.The magnetic field sensor (Fig. 1) is made in the form of a coil of a single-mode optical fiber 1 with a radius of turns changing along its axis (wound on frame 2. for example, of a conical shape). The minimum RI and maximum R2 radii of the turns are such that AI RI A2 R2 1 g, where r is the fiber radius; k is a numerical coefficient depending on the fiber material; Ai and A2 are the boundary wavelengths of the spectral range within the region of the magneto-optical sensitivity of the fiber material.

Устройство измерени магнитного пол (фиг.2) содержит последовательно оптически соединенные источник 3 широкополосного оптического излучени , линзу 4, монохроматор 5 с блоком Ь перестройки, пол ризатор 7, объектив 8. датчик 9 магнитного пол , пол ризационный анализатор 10 и фотоприемник 11. электрическим выходом соединенный с блоком 12 регистрации сигнала , который соединен также с блоком 6 перестройки момохроматора 5. Возможен вариант устройства, в котором отсутствует монохрома гор. 3 на выходе пол ризацуонслThe device for measuring the magnetic field (Fig. 2) contains a series of optically connected broadband optical radiation source 3, a lens 4, a monochromator 5 with a tuning block B, a polarizer 7, a lens 8. a magnetic field sensor 9, a polarization analyzer 10, and a photodetector 11. electric output connected to the block 12 of the registration signal, which is also connected to the block 6 of the adjustment of the momochromator 5. Possible variant of the device, in which there is no monochrome mountains. 3 at the exit floor risatsuysl

СХ)CX)

ю юyu yu

оabout

Horo анализатора 10 установлен оптический спектроанализатор.Horo analyzer 10 is installed optical spectrum analyzer.

Устройство работает следующим образом .The device works as follows.

Широкополосное излучение источника 3 с помощью линзы 4 ввод т в монохрома- тор 5. Монохроматическое излучение с длиной волны А , выбранной в диапазоне длин волн Ai-A2 , пропускают через пол ризатор 7 и с помощью объектива 8 ввод т в световод 1 датчика 9. Под воздействием магнитного пол вследствие эффекта Фара- деп состо ние пол ризации оптического излучени , распростран ющегос в световоде, измен етс . При этом наиболее эффективно магнитооптическое вэуаимодей- ствие Д/1Я данной длины волны происходит при прохождении оптического излучени по виткам световода, радиус R которых равен или близок значению, определ емому выражением А k Г . Излучение с выхода световода 1 проходит через пол ризаицон- ный анализатор 10, поступает на фотоприемник 11, сигнал с которого регистрируетс блоком 12. Изменение состо ни пол ризации излучени на выходе световода, а следовательно , изменение интенсивности излучени , поступающего на фотоприемник , пропорционально напр женности магнитного пол на том участке, где наход тс витки катушки указанного радиуса. При изменении длины волны излучени , вводимого в cвeтoвo.эффeктивнoe магнитооптическое взаимодействие происходит при прохождении излучени по другим виткам световода. Таким образом, измен длину волны излучени в диапазоне Ai -Я2 и регистриру при этом блоком 12 величину сигнала на выходе фотоприемника 11. получают зависимость Н(Д.), где Н - напр женность магнитного пол , воздействующего на датчик 9, а по ней восстанавливают пространственное распределение напр женности вдоль его оси. Информаци об искомом распределении регистрируетс последовательно во времени со скоростью перестройки монохроматора 5 блоком 6.В упом нутом выше варианте устройст- . ва. включающем спектроанализатор, а неThe broadband radiation of source 3 is introduced into the monochromator 5 by means of a lens 4. Monochromatic radiation with a wavelength A selected in the wavelength range Ai-A2 is passed through a polarizer 7 and introduced by means of an objective 8 into the light guide 1 of sensor 9. Under the influence of a magnetic field, the polarization state of the optical radiation propagating in the optical fiber changes as a result of the Fara-depo effect. At the same time, the most effective magneto-optical simulation of D / 1N of a given wavelength occurs with the passage of optical radiation through the turns of the fiber, the radius R of which is equal to or close to the value determined by the expression A k Γ. The radiation from the output of the light guide 1 passes through a polarization analyzer 10, goes to the photodetector 11, the signal from which is recorded by the unit 12. The change in the state of polarization of the radiation at the output of the light guide, and hence the change in the intensity of the radiation coming to the photoreceiver, is proportional to the intensity magnetic field in the area where the coil turns of the specified radius. When changing the wavelength of the radiation introduced into the light-emitting effective magneto-optical interaction occurs when the radiation passes through other turns of the light guide. Thus, changing the radiation wavelength in the range Ai-L2 and registering with the unit 12 the magnitude of the signal at the output of the photodetector 11. get the dependence H (A), where H is the intensity of the magnetic field acting on the sensor 9, and through it is restored spatial distribution of intensity along its axis. Information about the desired distribution is recorded sequentially in time with the speed of restructuring of the monochromator 5 by the block 6. In the above-mentioned variant of the device. va. including a spectrum analyzer and not

монохроматор. в световод ввод т щироко полосное излучение источника 3 и с помощью спектроанализатора регистрируют отклик сигнала, св занный с магнитным воздействием, на различных участках спектра в диапазоне Ai - А2 (последовательно или параллелцно во времени).monochromator. A broadband emission of source 3 is introduced into the fiber and a signal response associated with a magnetic effect is recorded at various spectral ranges in the range Ai - A2 (sequentially or parallel in time) using a spectrum analyzer.

Пространственное разрешение характеризуетс числом разрешимых состо ний Spatial resolution is characterized by the number of solvable states

7. (R2-Ri)N/2Rcp) . где Яср - радиус центральной части катушки; N - число витков .7. (R2-Ri) N / 2Rcp). where Yasr - the radius of the central part of the coil; N is the number of turns.

Эксперимент показал, что дл типично- го одмомодового, изначально изотропного световода с кварцевой основой минимальный и максимальный радиусы намотки могут составл ть соответственно RI 3,4 мм, R2 4.4 мм. В этом случае перекрываетс оптический диапазон 700 - 520 мкм. При N 400 обща длина катуШки с г 0,1 мм составл ет 80 мм, а г) 7 .The experiment showed that for a typical one-mode, initially isotropic light guide with a quartz base, the minimum and maximum winding radii can be RI 3.4 mm, respectively, R2 4.4 mm. In this case, the optical range of 700 to 520 microns overlaps. At N 400, the total length of the skirt with g 0.1 mm is 80 mm and d) 7.

Таким образом, данный датчик в отличие от прототипа позвол ет измер ть про- странственное распределение магнитного пол вдоль его оси при Стационарном положении .Thus, in contrast to the prototype, this sensor allows one to measure the spatial distribution of the magnetic field along its axis at a stationary position.

30thirty

Claims

Invention Formula

Magnetic field sensor made in the form of a coil of a single-mode optical fiber, characterized in that, in order to expand functional capabilities by measuring the spatial distribution of the magnetic field of the coil axis at a stationary position of the sensor, the coils of the light guide are made with a radius varying along the axis of the coil,

0 this minimum and maximum turns radii are determined from the ratio

AiRi A2R2,

where r is the radius of the fiber;

Ri, R2 - the minimum and maximum radii of turns of the roller, respectively:

K is a numerical coefficient depending on the fiber material; .

AI. A2 - the boundary wavelengths of the spectral range within the region of the magneto-optical sensitivity of the fiber material.

7 V

Editor T. Loshkareva

Compiled by L. Ustinova Tehred M. Morgental

"M

1

12

FIG. 2

Proofreader N.Korol