Датчик магнітного поля

Датчик магнітного поля, який складається з Yобразного оптичного волокна, джерела світла, влаштування для запровадження світла у оптичне волокно у першому плечі розгалуженої частині Yобразного оптичного волокна, плівки магнітооптичного матеріалу на торці неразгалуженої частині оптичного волокна, фотоприймача у другому плечі розгалуженої частини оптичного волокна, що відрізняється тим, що міститься модовий фільтр у приторцевої галузі неразгалуженої частини оптичного волокна. Винахід відноситься до техніки магнітних вимірів. Відомо влаштування дня виміру напруженості магнітних полів (Залысин С. П., Кубраков Н. Ф., Червоненкис А. Я. Магнитооптический датчик токов и полей //Тр. МЭИ. 1981. Вып. 557. С. 67-72.). Влаштування містить вхідне оптичне волокно, поляризатор, магнітну плівку, аналізатор, вихідне оптичне волокно, фотоприймач. Напруженості магнітного поля визначають по відомій залежності між величиною світлового потоку та напруженості магнітного поля. Недоліком влаштування с низька просторова розв'язана здатність. Відомий також датчик магнітного поля (Вилесов Ю. Ф., Дубинко С. В., Карпенко Н. І., Крупский А. А. Панченко В. Б. "Датчик магнитного поля" Авторское свидетельство СССР №1455332 МКИ4 G 02F 1/09.), обраний в якості прототипу. Влаштування містить вхідне оптичне волокно, плівку магнітооптичного матеріалу (MOM), період доменої структури (ДС) в якій зв'язаний з числовою магнітного поля. Необхідність дотримання співвідношення між апертурою оптичного волок (l- довжина хвилі світла, d - період ДС, NA - числова апертура оптичного волокна), вихідного оптичного волокна, фотоприймача. Світло дифрагирує на доменній структурі в MOM. Випромінювання нульового порядку дифракції на ДС розповсюджується по вихідному оптичному волокну, випромінювання вищих порядків дифракції розсіюється у оболонці оптичного волокна. Недоліком датчика магнітного поля є низька точність виміру напруженості магнітного поля, яка зумовлена низькою дифракційною ефективністю MOM, що використається, та низька чутливість до (13) 34030 (11) можливість використання у датчикові MOM з високою дифракційною ефективністю та високої чутливістю до поля. Малий період ДС реалізується у тонких плівках MOM, а висока дифракційна ефективність у товстих. Тому інтенсивність випромінювання, що влучає на фотоприймач, у прототипі змінюється у малих межах та точність виміру низька. Для отримання високої чутливості до магнітного поля необхідно використати MOM з малою намагніченістю насичення, для отримання співвідношення необхідно використати MOM з високою намагніченістю насичення. Тому чутливість до магнітного поля прототипу низька. В основу винаходу поставлено задача вдосконалити датчик магнітного поля шляхом підвищення точності виміру за рахунок розширення динамічного діапазону та підвищення чутливості датчика. Поставлена задача вирішується тим, що у датчикові магнітного поля, який складає з джерела світла, влаштування для запровадження світла у оптичне волокно у першому плечі розгалуженої частини Y-образного оптичного волокна, плівки MOM у торці нерозгалуженої частині оптичного волокна, фотоприймача у другому плечі розгалуженої частини оптичного волокна, згідно винаходу міститься модовий фільтр між оптичним волокном та MOM. Модовий фільтр зменшує кутове розходження випромінювання, яке дифрагує на MOM та що влучає на фотоприймач. Тому знімається необхідність дотримання співвідношення між апертурою оптичного во А обмежує UA l ³ 2 NA d l ³ 2 NA d (19) апертурою волокна співвідношенням на та періодом ДС у MOM 34030 локна та періодом ДС у MOM l ³ 2 NA та з'явd як модовий фільтр пропускає випромінювання від MOM до фотоприймачу, дозволяє використати більш товсті магнітні плівки з більшим періодом ДС та більш високою дифракційною ефективністю. Приклад. Як модовий фільтр може бути використана стоншена дільниця оптичного волокна з поглинаючим світло шаром на оболонці. Дільницю волокна нагрівають до розм’якшення та розтягують. При цьому діаметр світловедучей житлові у найбільш тонкому місці зменшується з 50 мкм до 10 мкм. Замість однорідного по товщині оптичного волокна одержують дільницю, що умовно можна назвати фоконом, що концентрують світло, однорідна дільниця, та фокона, що поширяє. Зменшення діаметру світового пучка у звуженій частині серцевини волокна збільшує його розходження та моди, що розповсюджуються під більшими кутами до вісі волокна, виходять у оболонку, влучають у поглинаючий шар, та припиняють своє розповсюдження по волокну. Вісева та привісеви моди після розширення влучають на MOM та дифрагують. Апертура світлового пучка, що освітлює MOM, зменшується у 5 разів у порівнянні з прототипом. Відповідно відношення l/d може бути зменшене у 5 разів, період ДС збільшений у 5 разів. У датчикові, що заявляється, можуть бути використані MOM, дифракційна ефективність яких у 2-5 раз вище, ніж у прототипі. Відповідно, у стільки же раз може бути підвищена точність виміру. У влаштуванні, що заявляється, підвищується точність виміру. Водночас знижуються вимоги до параметрів MOM, що дозволяє використати дешевші магнітні матеріали. ляється можливість використання у датчикові MOM з більш високою дифракційною ефективністю та чутливістю до магнітного поля. Вищі порядки дифракції на MOM поглинаються модовим фільтром. Підвищення дифракційної ефективності MOM підвищує динамічний діапазон влаштування та точність виміру. На фіг. уявлена оптична схема датчика магнітного поля. l - Y-образное оптичне волокно, 2 джерело світла, 3 - влаштування для запровадження світла у оптичне волокно (1), які розташовані у першому розгалуженому плечі оптичного волокна, 4 - плівка MOM, розмішена у торці неразгалуженої частині оптичного волокна (1), 5 модовий фільтр, розташований у неразгалуженої частині оптичного волокна (1), 6 - фотоприймач, розташований у другому розгалуженому плечі оптичного волокна (1). Влаштування працює слідуючим чином. Випромінювання джерела світла (2) порушує оптичне волокно (1) влаштуванням для запровадження випромінювання (3). Модовий фільтр (5) пропускає на плівку MOM вузький кутовий спектр привісевих мод. Кутове розходження світлового пучка, який дифрагирує на MOM, менше апертурного куту оптичного волокна. Відповідно, апертура світлового пучка нульового порядку дифракції на MOM, по інтенсивності якого визначається напруженість магнітного поля, буде менша. Випромінювання нульового порядку дифракції на MOM мине через модовый фільтр (5) та крізь торець другого відгалуження Y-образного оптичного волокна влучить на фотоприймач (6). Випромінювання вищих порядків дифракції поглинається модовим фільтром (5). Малий діапазон кутів, під 2 34030 ____________________________________________ ДП “Український інститут промислової власності” (Укрпатент) Бульв. Лесі Українки, 26, Київ, 01133, Україна (044) 254-42-30, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид.арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ Вул. Горького, 180, Київ, 03680 МСП, Україна (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 3