Устройство для измерения напряженности магнитного поля

 

Изобретение позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты устройства для измерения напряженности или индукции магнитного поля, что достигается использованием в нем ячейки на нематических жидких кристаллах . Устройство содержит воспринимающий узел 1, работающий в режиме отражения света и имеющий концевой участок из световода 2, который прикреплен к ячейке компаундом 3, с которого снято оптическое покрытие 4, а его сердцевина 5 окружена слоем 6 нематического жидкого кристалла, размещенного в цилиндрическом капилляре 7. Торцы капилляра закрыты прокладками 8 с уплотнением 9. Капилляр покрыт светонепроницаемым слоем 10. Серцевина 5 расположена в капилляре эксцентрично, а на ее торцах нанесено светоотражающее покрытие. Сердцевина 5 является проводником света, а слой 6 - активным элементом, изменяющим интенсивность света, проходящего по сердцевине, в зависимости от величины магнитного поля. В качестве рабочего вещества ячейки использован нематик - п-днацетоксибензальдазин, которьш способен к спонтанной гомеотропной ориентации. 2 ил. (Л со 4 vj О СЛ ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) 47055 А1 (gg 4 G 01 R 33/032

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3951214/24-21 (22) 09.09.85 (46) 23.10.87. Бюл. № 39 (71) Ленинградский политехнический институт им. M.È.Êàëèíèíà (72) Г.N.Çàõàðîâ и Н.Г.Захаров (53) .621.317.44 (088. 8) (56) Авторское свидетельство ЕПВ

¹ 0046298,кл. G 01 R 33/032, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ . (57) Изобретение позволяет упростить конструкцию и уменьшить габариты устройства для измерения напряженности или индукции магнитного поля, что достигается использованием в нем ячейки на нематических жидких кристаллах. Устройство содержит воспринимающий узел 1, работающий в режиме отражения света и имеющий концевой участок из световода 2, который прикреплен к ячейке компаундом 3, с которого снято оптическое покрытие 4, а его сердцевина 5 окружена слоем 6 нематического жидкого кристалла, размещенного в цилиндрическом капилляре 7. Торцы капилляра закрыты прокладками 8 с уплотнением 9. Капилляр покрыт светонепроницаемым слоем 10.

Серцевина 5 расположена в капилляре эксцентрично, а на ее торцах нанесено светоотражающее покрытие. Сердцевина 5 является проводником света, а слой 6 — активным элементом, изменяющим интенсивность света, проходящего по сердцевине, в зависимости от величины магнитного поля. В качестве рабочего вещества ячейки использован нематик — п-диацетоксибензальдазин, который способен к спонтанной гомеотропной ориентации. 2 ил.

134705

Изобретение относится к измерительной технике, в частности предназначено для измерения напряженности или индукции магнитного поля.

t 5

Цель изобретения — упрощение конструкции с одновременным уменьшением размеров устройства, что достигается наличием ячейки на нематических жидких кристаллах НЖК в магниточув- 10 ствительном датчике.

На фиг. 1 изображен воспринимающий узел предлагаемого устройства и

его разрез А-А; на фиг. 2 — схема измерения в режиме отражения света. 15

Воспринимающий узел 1 работает в режиме отражения света и содержит концевой участок 2 световолокна, прикрепленного к ячейке компаундом 3, с которого снято оптическое покры- 2р тие 4, а его сердцевина 5 окружена слоем 6 НЖК, который находится в цилиндрическом капилляре 7, торцы которого закрыты прокладками 8 с уплотнением 9, капилляр покрыт светонепрони- 25 цаемым слоем 10. Сердцевина 5 расположена в капилляре 7 эксцентрично, а на ее торце нанесено светоотражающее покрытие 11.

Устройство (фиг. 2) содержит вос- 30 принимающий узел 1, световоды 2, источник 12 света, фотодетектор 13, волоконный разветвитель 14, усилитель 15 и регистратор 16. Воспринимающий узел 1 служит для изменения интенсив- З5 ности света, поступающего в фотодетектор,в зависимости от величины и направления магнитного поля, световолокна 2 предназначены для световой коммуникации между узлом 1 и элект- 4о ронным блоком, оптическое покрытие 4 служит для коллимирования с света в пределах апертурного угла при прохождении его по световолокну, сердцевина 5 является проводником света, 45 слой 6 НЖК является активным элементом, изменяющим интенсивность проходящего по сердцевине 5 света в зависимости от величины магнитного поля, капилляр 7 служит емкостью для ячейки НЖК, а внутренняя его поверхность является опорной для молекул нематика. Прокладки 8 задают геометрию расположения сердцевины 5 и капилляра 7, узел уплотнения 9 является герметизи- 55 рующим объем ячейки элементом, слой 10 — экраном от внешнего света, а также поглотителем внутреннего рассеянного света, светоотражающее по5 2 крытие 11 улучшает эффективность собирания света при работе устройства в режиме отражения. Источник 12 света предназначен для генерации зондирующего света, фотодетектор 13 — для регистрации световых потоков, разветвитель 14 — для ответвления света, идущего из узла 1 на фотоприемник 13, усилитель 15 — для усиления электрического сигнала, поступающего по рабочему каналу, до уровня, необходимого для работы регистратора 16.

На фиг. 1 (А-А) представлена геометрическая конфигурация узла 1. Неодинаковый по толщине слой НЖК между опорными поверхностями, а именно текущий размер b между стенками капил- . ляра 7 и волокном 2, задат по той причине, что для равной толщины слоя имеется ктирическая напряженность магHHTHOI o noJIH Н, npH KOTopoH B висимости от расстояния между опорны ми поверхностями ячейки наступает переориентация молекул НЖК по всему объему ячейки. Так как выполняется условие Р = const осуществляется пороговый эффект переориентации. При неодинаковом расстоянии между опорными плоскостями в различных участках ячейки переориентация полем начинается в областях с большими зазорами, а с ростом величины магнитного поля область переориентации возрастает, охватывая участки все с меньшими зазорами. Следовательно, эффект локального управления полем ориентацией молекул НЖК расширяет динамический диапазон измеряемых значений магнитного поля.

Толщина жидкокристаллического слоя в оптических ячейках может составлять

5-100 мкм и более, диаметр сердцевины световолокна варьируется у различных типов волокна в пределах 1100 мкм, а диаметр световолокна в оптической оболочке составляет у различных типов волокна 10-1000 мкм..

Ввиду того, что в предлагаемом устройстве применяется безэлектродный тип ячейки, минимальная толщина слоя жидкого кристалла может быть принята равной b „„= 0-5 мкм, максимальную толщину с целью расширения динамического диапазона измеряемых напряженностей магнитноro. поля целесообразно принять равной Ь, -„ 100-150 мкм, а световолокно для ячейки по технологическим причинам формирования структу1347055 ры НЖК целесообразно взять с максимальным диаметром сердцевины, т.е. .принять d = 100 мкм.

В качестве рабочего вещества жид5 кокристаллической ячейки НЖК целесообразно взять, например, нематик— п-диацетоксибензальдазин, который имеет способность к спонтанной гомеотропной ориентации. 10

Конструктивньщ элементом жидкокристаллической ячейки и ее внешней опорной поверхностью может служить цилиндрический капилляр с внутренним диаметРом (Ь „„ +Ьмакс +d) мкм, толщиной стенок 100-200 мкм и длиной 515 мм. Материалом капилляра могут быть кварц, силикатное стекло или нереагирующий с веществом жидкого кристалла металл. Диэлектрическая прокладка, определяющая толщину слоя жидкокристаллического вещества, может быть выполнена из слюды, тефлона, полиэтилена и так далее, для герметизации ячейки используЕтся эпоксидная 25 смола.

Выбор типа волокна определяется условием и с и n„, где п, п„ соответственно показатели преломления жидкого кристалла (нематика) при д0 гомеотропной и планарной ориентациях директора, n — показатель преломления сердцевины световолокна. В таком случае свет, распространяющийся от источника по световолокну, удерживается при Н = 0 также и в пределах воспринимающего узла, вследствие сохранения условия полного внутреннего отражения на границе раздела сердцевина — нематик, так как. п ъ и,. При д0

Н 4 0 происходит переход от гомеотропной к планарной ориентации директора нематика, и каналирование света в сердцевине в пределах воспринимающего узла частично или полностью нарушается вследствие невыполнения условия полного внутреннего отражения света, так как и с. n„. Следовательно, интенсивность света, приходящего на регистрирующий фотодетектор, в случае проходящего или отраженного пучка обратно пропорциональна величине магнитного поля. Так как максимальное воздействие на молекулы нематика имеет составляющая магнитного поля, ориентированная параллельно оси воспринимающего участка сердцевины, очевидно, что детектор характеризуется направленной чувствительностью к измеряемому магнитному полю.

Формула изобретения

Устройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее установленный у концевой части оптического световолокна воспринимающий узел, источник света, светоприемник, усилитель и регистратор, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства и уменьшения его габаритов, в него введен оптический разветвитель, первый вход которого подключен к источнику света, второй вход — к воспринимающему узлу, а выход — к последовательно соединенным светоприемнику, усилителю и регистратору, при этом воспринимающий узел выполнен в виде безэлектродной жидкокристаллической ячейки, состоящей из цилиндрического капилляра, покрытого светоотражающим слоем, внутрь которого помещен участок световолокна с удаленной оптической оболочкой, расположенный эксцентрично относительно оси капилляра..

1347055

Составитель В.Шульгин

Техред А.КравчукКорректор А. Тяско

Редактор И.Горная

Заказ 5118/45 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4