Волоконно-оптический чувствительный элемент датчика магнитного поля

 

I зобретение относится к магнитометрии и предназначено для использования в датчиках магнитного поля. Цель - повышение термостабильности. Чувствительный элемент выполнен в виде одномодового волоконного световода 1, свернутого в катушку . Цель достигается за счет того, что витки катушки имеют прямолинейные участки 2, лежащие в двух параллельных плоскостях 3, и изогнутые участки 4. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 R 33/032

ГОСУДАРСТВЕНМЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

Г1РИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4654759/21 (22) 23.02.89 (46) 07.02.91. Бюл. N. 5 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) С.Н.Антонов, А.Н,Булюк, П.М.Ветошко, В.С.Исаев и В.М.Котов (53) 621.317 (088,8) (56) Коо К.P. et al, Optics Letters, 1982, ч.7, М 7, рр.334 — 336.

Оау G.W. et aL Optics Letters, 1982, ч.7, М 5, рр.238 — 240.. Ы 1626229 А1 (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДАТЧИКА МАГНИ i НОГО ПОЛЯ (57) l зобретение относится к магнитометрии и предназначено для использования в датчиках магнитного поля. Цель — повышение термостабильности. Чувствительный элемент выполнен в виде одномодового волоконного световода 1, свернутого в катушку. Цель достигается эа счет того, что витки катушки имеют прямолинейные участки 2, лежащие в двух параллельных плоскостях 3, и изогнутые участки 4. 1 з.п, ф-лы, 3 ил.

1626229

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для использования в датчиках магни ного поля, Цель изобретения — повышение термостабильности волоконно-оптического элемента датчика магнитного поля без уменьшения его чувствительности.

На фиг.1 и 2 приведена схематично конструкция чувствительного элемента; на фиг.3 — схема датчика магнитного поля, содержащего этот чувствительный элемент, Чувствительный элемент (фиг,1) выполнен в виде одномодового волоконного световода 1, свернутого в катушку, витки которой имеют прямолинейные участки 2 длиной I, лежащие в двух параллельных плоскостях 3. и изогнутые участки 4 с радиусом

R. В варианте, показанном на фиг.2, волоконный световод 1 намотан в виде катушки на держатель 5 из упругого немагнитного материала (резина, тефлон, поливинилхлорид и т,п.). Катушка помещена в каркас, состоящий из неподвижной 6 и подвижной 7 ра 10К, выполненных из немагнитного материала. Пластины 8 и 9 этих рамок находятся в контакте с прямолинейными участками витков катушки. Расстояние d между ними может изменяться с помощью винта 10 так, 4TG плоскости 3, в которых расположены прямолинейные участки витков катушки, остаются всегда параллельными между собой.

Датчик магнитного поля, в котором используется предлага,".мый чувствительный элемент, содержи г последовательно оптически соединенные источник 11 света (фиг.3), поляризатор 12, фокусирующую линзу 13, чувствительный элемент 14. линзу 15, призму

Глана-Томсона 16, параллельно соединенные с ней, фотоприемники 17 и регистрирующее устройство 18, к которому подключены фотоприемники, Чувствительный элемент работает в составе датчика, показанного на фиг.3, следующим образом.

Чувствительный элемент помещают в измеряемое магнитное поле так, чтобы прямолинейные участки 2 световода были параллельны вектору магнитного поля. Луч света от источника 11 с длиной волны А удовлетворяющей, как,и в элементе с круговыми витками, условию где An — разница показателей преломления собственных мод световода, направляют на поляризатор 12, установленный так, чтобы вектор поляризации света при распространении оптического излучения в прямолинейных участках витков катушки был ориентирован под углом 45 к плоскости 3.

Поляризованный свет вводят в световод

1 с помощью линзы 13. Под воздействием

5 магнитного поля поляризация света, распространяющегося по световоду 1, поворачивается вследствие эффекта. Фарадея на угол а, величина которого на выходе световода 1 равна

10 а =(21+лй) . N Н V, (2) где N — число витков световода;

15 Н вЂ” напряженность магнитного поля;

V — постоянная Верде материала световода, Свет, выходящий из световода 1, формируют в параллельный пучок линзой 15 и

20 направляют его на призму Глана-Томсона

16, разделяющую пучок света на два луча с взаимно ортогональными векторами поляризации, Лучи света направляют на фотоприемники 17, сигналы с которых поступают

25 в рг. истрирующее устройство 18. Предварительно призму Глана-Томсона 16 ориентируют так, чгобы в отсутствие магнитного поля амплитуды сигналов на выходе фотоприемников 17 были равны (режим "обнуле30 ния" регистрирующего устройства). При наличии магнитного поля амплитуды сигналов на выходе фотоприемников 17 изменяются. По величине разбаланса сигналов в регистрирующем устройстве 18 судят о ве35 личине напряженности магнитного поля, Полоса рабочих длин волн оптического излучения, как и в известном датчике, определяется выражением

40 (3) a=7cRNHV, (4) 50 то для повышения чувствительности элемента с круговыми витками необходимо увеличивать N, но при этом согласно (3) уменьшается Ail . При изменении температуры. резонансное взаимодействие резко

55 падает вследствие отстройки рабочей длины волны излучения.

Иэ сравнения равенств (2) и (4) видно, что конструкция предлагаемого датчика позволяет по сравнению с известным уменьшить число N витков катушки за счет т.е. магнитооптическое взаимодействие носит резонансный характер.

45 Поскольку в известном элементе угол фарадеевского поворота поляризации есть

1626229 увеличения длины I прямолинейных участков при сохранении чувствительности элемента. При этом согласно (3) увеличивается интервал М, при котором наблюдается магнитооптическое взаимодействие и, следовательно, повышается термостабильность датчика.

В ряде случаев желательно перестраивать длину волны света, на которой работает датчик. В лабораторных условиях. например, предпочтительнее работать с видимым светом (Л W,48 нм; 0,633 ном), а в промышленных условиях, где существенны малые габариты датчика, удобно работать с полупроводниковыми лазерами (Л =0,8-0,95 нм).

Кроме того, может возникнуть необходимость настраивать датчик на одной длине волны (например, в лаборатории), а работать с ним — на другой (например, i,» про мышленном об ..екте). В этом сл учае используют чувствительный элемент, показанный на фиг.2. Регулируя с помощью винта 10 расстояние d между пластинами 8 и 9 изменяют радиус кривизны изогнутых участков световода и соглас . .> (),)збо i ç длину волны света, Формула изобрет .н г v

5 1. Волоконно-оптическ и чу ствитс.льный элемент датчика магнитнсго голя, вы полненный в виде одномод вого вслоконного световода, свернутого в кат„ш ку,отличающийся тем,что сцельк, 10 повышения термостабильности элемента витки катушки выполнены с двумя прямолинейными участками, лежащими в двух параллельных пл;скостях, и с двумя изогнутыми участками, 15 2.Элементпоп.1,отличают ийся тем, что, с целью расширения ункциэна ных возможно=тей путем, беспечения ь ..можности перестройки рабочей длины волi света, он снабжен пластинами, каждая из ко20 торых находится н контак . с прямолинейн.: ми участками витков катушки, лежа цими в соответствующей плоскости, ппи этом пластины,становлен параллельно с возможностью и вменения расстояния ме.„ду ними.

1626229

Составит ль Л.Устинова

Техред М.Моргентал Корректор С. Шекмар

Редактор А.К зориз

Произпадстгн ннп из,1ат -лтс ин комбинат "Патент", г. Ужгород, ул Гагарина, 1(11

Заказ 27В Тираж 422 Подписное

ВНИИПИ I осуд: рственного комитет= по изобретениям и открытиям при ГК) IT С(.(;Р

11 1(1 15, Москва. Ж-35. Раушская наб., 4/5