Магнитооптический измеритель максимальных значений индукции импульсного магнитного поля

Магнитооптический измеритель максимальных значений индукции импульсного магнитного поля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ МАКСИМАЛЬНЫХ ЗНАЧЕНИЙ ИНДУКЦИИ ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержащий оптически связанные между собой установленные на одной оси источник линейно-поляризованного света, измерительный преобразователь Фарадея с первым анализатором, фотодетектор с нагрузочным резистором, генератор питания фотодетектора, индукционную обмотку и первый регистратор, о т - личающийс.я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений индукции импульсного поля и уменьшения габаритов устройства , в него дополнительно введены оптически связанные между собой установленные наодной оси между источником линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем Фарадея электрооптический модулятор с вторым анализатором, последовательно соединенные блок выделения второй полуволны индуцированного сигнала и формирователь прямоугольного импульса, конденсатор, второй регистратор, а также последовательно соединенные генератор постоянного напряжения и ключ., второй to контакт которого связан с управляющим ел входом модулятора, при этом вход блока выделения второй полуволны индуцированного сигнала подключен к индукционной обмотке, выход формирователя прямоугольного импульса к управляющему входу ключа, выход генератора постоянного напряжения к второму регистратору, а выход фотодетектора - к генератору питания фотодетектора и резистору через конденсатор , соединенный с первым ре гистратором. .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11)

3(51} G 01 R 33/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /"

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3519149/18-21. (22) 03.12.82 (46) 23.04.84. Вюл. 15 (72) А.С.Лесков, С.Ф.Проскурякова и Д.И,Чебурков. (53) 621.317.421 (088.8)

). .Metzel R. Zur Erzengung und

ВевЫашпп8 von magnetischen

Impulsåйе1детп.-"ЕхрегппепСе11е

Technik der 1 Ув11 ХН, 1964, Тийй 4, s. 259-267.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 866513, кл. С 01 R 33/02,1981 (прототип). (54)(57) МЛГНИТООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ NAKCHMAllbHbIX ЗНАЧЕНИЙ ИНДУКЦИИ

ИМПУЛЬСНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ, содержа» щий оптически связанные между собой установленные на однои оси источник линейно-поляризованного света, изме рительный преобразователь Фарадея с. первым анализатором, фотодетектор с нагрузочным резистором, генератор питания фотодетектора, индукционную обмотку и первый регистратор, о т - л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых значений индукции импульсного . поля и уменьшения габаритов устройства, в него дополнительно введены оптически связанные между собой установленные на одной оси между источником линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем фарадея электрооптический модулятор с вторым анализатором, последовательно соединенные блок выделения второй полуволны индуцирован. ного сигнала и формирователь прямоугольного. импульса, конденсатор, второй регистратор, а также последовательно соединенные генератор постоянного напряжения и ключ, второй контакт которого связан с управляющим входом модулятора, при этом вход блока выделения второй полуволны индуцированного сигнала подключен к индукционной обмотке, выход формирователя прямоугольного импульса— к управляющему входу ключа, выход генератора постоянного напряжения— к второму регистратору, а выход фотодетектора — к генератору питания фотодетектора и резистору через конденсатор, соединенный с первым регистратором.

Изобретение относится к магнитным измерениям и южет быть использовано для измерений максимальных значений индукции импульсных магнитных полей, для градуировки и поверки тесламетров импульсных полей, для 1радуировки гальваномагнитных преобразователей в сильных импульсных полях, а также для аттестации и поверки индуктивных мер импульсного магнитного поля, 10

Известно устройство для измерения максимальных значений индукции импульсных магнитных полей, основанное на эффекте Фарадея, содержащее источник света, поляризатор, измерительный преобразователь Фарадея, анализатор, фотодетектор с нагрузочным резистором и осциллограф в качестве регистрирующего устройства.

Поляризатор и анализатор могут быть 20 повернуты относительно друг друга на некоторый угол (lj

Недостатком этого устройства является большая погрешность измерений индукции импульсных магнитных 25

nîëåé, которая в основном определяется погрешностью измерения максимальных значений напряжения и погрешностью, связанной с нестабильностью светового потока источника. 30

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, содержащее оптически связанные между собой установленные на одной оси источник линейно-поляризованного света, измерительный преобразователь Фарадея с анализатором, фотодетектор с нагрузочным ру- 40 эистором, индукционную обмотку и регистратор, а также меру магнитной индукции, генератор прямоугольных импульсов,, выход которого подключен к фотодетектору через конденсатор,и дифференциальный усилитель.

Известное устройство основано на компенсации угла поворота плоскости поляризации линейно-поляризованного света в измерительном преобразователе

Фарадея в импульсном поле углом поворота плоскости поляризации в преобразователе, расположенном в постоянном магнитном поле меры (2) Недостатками известного устройства являются ограниченный диапазон из меряелых индукций импульсных магнитных полей, а также большие габариты

1087929 2 . и все меры магнитной индукции, входяI щие в состав устройства.

Цель изобретения — расширение диапазона измеряемых значений индукции импульсного поля и уменьшение габаритов устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в магнитооптический измеритель максимальных значений индукции импульсного магнитного поля, содержащии оптически связанные между собой установленные на одной оси источник линейно-поляризованного света, измерительный преобразователь Фарадея с первым анализатором, фотодетектор с нагрузочным резистором, генератор питания фотодетектора, индукционную обмотку и первый регистратор, дополнительно введены оптичесКи связанные между собой установленные на одной оси между источником линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем Фарадея электрооптический модулятор с вторым анализатором, последовательно соединенные блок выделения второй полуволны индуцированного сигнала и формирователь прямоугольного импульса, конденсатор, второй регистратор, а . также последовательно соединенные генератор постоянного напряжения и ключ, второй контакт которого связан с управляющим входом модулятора, при этом вход блока выделения второй полуволны индуцированного сигнала подключен к индукционной обмотке, выход формирователя прямоугольного импульса — к управляющему входу ключа, выход генератора постоянного напряжения — к второму регистратору. а выход фотодетектора подключен к генератору питания фотодетектора и, резистору через конденсатор, соединенный с первым регистратором.

На фиг.1 представлена блок-схема магнитооптического измерителя; на фиг,2 — зависимость интенсивности света ll на входе фотодетектора от угла между осями поляризатора и первого анализатора; на фиг. 3 — форма сигналов индукции В (t), ЭДС Е (й) на концах индукционной обмотки, I напряжения U на выходе блока выделения второй полуволны индуцированного сигнала и напряжения U на выхоll де формирователя прямоупольного импульса; на фиг.4 -зависимость интенсивности света на выходе модулятора I от напряжения U, приложенно10879 сою оСо13 (1) о

mab з го к модулятору; на фигЛ вЂ” форма кривой, фиксируемая на экране осцил-. лографа s режиме компенсации.

Магнитооптический измеритель мак-. симальных значений индукции импульсного. магнитного оля содержит оптически связанные между собой установленные на одной оси источник l линейно-поляризованного света, измерительный преобразователь 2 Фарадея с 10 первым анализатором 3, фотодетектор 4 с нагрузочным резистором 5, индукционную обмотку 6 и первый регистратор 7, оптически связанные. между собой установленные на одной 15 оси между источником 1 линейно-поляризованного света и измерительным преобразователем 2 Фарадея электрооптический модулятор 8 с вторым анализатором 9, последовательно соединенные блок 10 выделения второй полуволны индуцированного сигнала и формирователь 11 прямоугольного импульса, а также последовательнЬ соеди ненные генератор 12 постоянного напряжения и ключ 13, второй контакт которого связан с управляющим входом модулятора 8, при этом вход блока 10 выделения второй полуволны индуцированного сигнала подключен к индук- . ционной обмотке 6, выход формирователя 11 прямоугольного импульса— к управляющему входу ключа 13, а выход генератора 12 постоянного напряжения — к второму регистрато35 ру 14, при этом генератор 15 питания фотодетектора подключен к резистору 5, через конденсатор 16, связанный с первым регистратором 7.

Устройство работает- следующим образом.

Линейно-поляризованный луч света от источника,1 света направляют на фотодетектор 4 через электрооптический модулятор 8, второй анализатор 9, 45 измерительный преобразователь 2 Фа-, радея и первый анализатор 3. В от( сутствие импульсного магнитного поля. и нулевом напряжении на электрооптическом модуляторе 8 (ключ 13 разомк50 нут) на нагрузке фотодетектора 4 имеется уровень постоянного напряжения, обусловленный интенсивностью света I на входе фотодетектора 4, который определяется выражением

29 где 1 — интенсивность света на входе модулятора;

m,a,Ь вЂ” коэффициенты затухания света соответственно в мо; дуляторе 8, втором анализаторе 9 и в. системе преобразователь 2 Фарадея— первый анализатор 3 при параллельных осях второго 9 и первого 3 анализат.оров;

1 — постоянная составляющая интенсивности света на входе фотодетектора 4 при перпендикулярном направлении осей второго 9 и первого 3 анализаторов (интенсивность засвет,— ки);

Мо — угол между осями второго 9 и первого 3 анализаторов, Подают измеряемое импульсное поле и фиксируют на экране первого регистратора 7 (осциллографа) приращение напряжения glL обусловленное приращением ийтенсивности света д1 на входе фотодетектора 4 за счет поворота плоскости поляризации света. в преобразователе 2 Фарадея на угол

Ч(с) = vta(t), где — постоянная Верде и длина преобразователя 2 Фарадея;

B (t) — инду кция измеряемого импульсного поля (фиг.2)

Максимальное изменение интенсивности света на входе фотодетектора 4 определяется выражением о 1(" moõ„- 1Ьсо Фо= eòñíõ1

+ 3 - — со o ") (2) о где 1 — интенсивность света на вхоо де модулятора;

m,а,Ь вЂ” коэффициент затухания света соответственно в модуляторе 8, анализаторе 9, преобразователе 2 Фарадея и анализаторе 3;

1 — постоянная составляющая ин-. тенсивности света на входе фотодетектора.

Во время действия импульса..магнитного поля на индукционной обмотке 6 получают ЭДС, пропорциональную первой производной индукции поля по времени (фиг.3a,о ) ЭДС Е (t) подают на вход блока 10 выделения второй полуволны индуцированного сигнала, на

1 выходе блока 10 получают сигнал 0 (+) 1087929 (фиг.3 ), который подают на зход формирователя 11 прямоугольного импульса. Сформированный прямоугольный импульс (фиг.3г) подают на управляющий контакт ключа 13 и таким 5 образом замыкают его на время равное длительности второй полуволны E(t). В течение време .и е на управляющий контакт электрооптического модулятора 8 подают импульс напряжения U от генератора 12 постояно ного напряжения. При этом в момент времени t соответствующий максимуму индукции измеряемого поля, интенсивность света на выходе второго ана- 15 лизатора 9 изменяется согласно закону

Поккельса и описывается выражением — — 1 "о,ЬЭ (3)

"o я 1> (1o

ГДе U — полуволновое напряя;ение;

I0,1 -интенсивность света на

0,51 выходе второго анализатора 9 при полуволновом 25 напряжении на модуляторе 8.

В момент = t + 7, интенсивность свео та на выходе второго анализатора 9 становится первоначальной 30 г = о ь = — о (4)

Абсолютное значение изменения интенсивности света в момент

tî равно 35 "юах щ с 1 1 2 11 ($)

0,53

При напряжении U=Up=U — напряжении компенсации осуществляют компенсацию изменения интенсивности света от воздействия импульсного магнитного поля в измерительном преобразователе 2 Фарадея изменением интенсивности света за счет одновременного воздействия на интен- 45 сивность света двух эффектов, т.е. эффекта Поккельса в электрооптическом модуляторе 8 и эффекта Фарадея в измерительном преобразователе 2 в импульсном поле. Для режима комнен- 50 сации справедливо соотношение

"о "о V Srllqx1 со о 0 ° Я И 14 <

Йп — — co@ (g - 1 ц (б)

nab 2 Upr> мах отсюда

8 coS ело та»

cpg -" . " (7)

2 00,5Ъ

При напряжении на управляющем контакте модулятора 8,равном напряжению компенсации, т.е. Up= U, на экране первого регистратора 7 (осциллографа)фиксируют кривую (фиг.5 )

В режиме компенсации точка перегиба кривой (фиг5) — точка.К совпадает с нулевым уровнем на экране осциллографа, Измерив значение напряжения U при замкнутом ключе 13 с помощью .второго регистратора 14 (вольтметра постоянного тока), вычисляют максимальное значение индукции В по мах формуле (7) . При этом удобно пользоваться графической или табличной зависимостью В„, „= f (U ), определяемой при градуировке устройства в постоянном поле.

Суммарная погрешность измерений максимального значения индукции импульсного поля с помощью предлагаемого устройства определяется в основном погрешностью его градуировки, погрешностью определения момента компенсации интенсивностей, температурной погрешностью, погрешностью измерения постоянного напряжения U, и составляет 2п 3_#_..

Применение электрооптического модулятора 8 с анализатором 9 на выходе и с системой, обеспечивающей подачу на управляющий контакт модулятора 8 прямоугольного импульса напря-. жения длительностью, равной длительности второй полуволны индуцированного сигнала, позволяет измерять индукцию импульсных магнитных полей в широком динамическом диапазоне — от десятых долей до десяти тесла и в десятки раз снизить вес и габариты устройства.

) 087929

)087929

ma8c 3

+ Я

3087929

1087929 Й5Л

1087929

Заказ 2652/42 Тираж 711

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1.!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент"., г. Ужгород. ул. Проектная,4

Составитель М. Клыкова

Редактор О.Черниченко Техред А.Ач Корректор В. Синицкая