Студопедия — Волоконно-оптические датчики контроля напряженности магнитного поля и силы тока
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Волоконно-оптические датчики контроля напряженности магнитного поля и силы тока






.

 

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Изучить устройство и принцип работы волоконно-оптических датчиков, получить навыки расчета их рабочих параметров.

 

2. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

 

2.1. Изучить теоретический материал по устройству и принципам работы волоконно-оптических датчиков.

2.2. Ознакомится с методикой расчета рабочих характеристик волоконно-оптических датчиков.

 

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

 

В качестве чувствительного элемента волоконно-оптических датчиков -преобразователей магнитного поля традиционно используют чувствительные пленки с присадкой висмута (Bi) толщиной около 10 мкм на подложке из расплава окислов свинца.

Толщину пленки измеряют методом интерференционных биений с помощью спектрофотометра СФ-16. Монохроматическое излучение со спектральной полосой 1 нм направлялось на поверхность пленки под углом 2-3ْ к вертикали. Отраженный свет регистрируется фотоприемником, сигнал усиливался и записывается графопостроителем с метками отсчета длин волн. При равномерной перестройке длины волны излучения монохроматора можно наблюдать периодические биения интенсивности сигнала, регистрируемого аппаратурой. По периоду биений рассчитывают толщину пленки с точностью 0, 3 мкм.

Структурная схема испытательного стенда для проверки датчиков приведена на рис. 6.1.

 

Рис. 6.1. Структурная схема стенда для проверки ВОД магнитного поля и тока. (1 – HeNe-лазер, 2 – микрообъектив, 3 – позиционер, 4 и 6 –оптические волокна, 5 – сенсорный узел, 7 – фотоприемник, 8 – измерительно-индикаторный блок, 9 – катушка подмагничивания, 10 – амперметр, 11 – блок питания)

 

Стенд включает следующие элементы:

1 – гелий-неоновый лазер типа ЛГН-207А с выходной мощностью излучения 1 мВт на длине волны 633 нм,

2 – микрообъектив для фокусировки и ввода излучения в оптическое волокно,

3 - микропозиционер с втулкой для штекера датчика,

4 - оптическое волокно,

5 – чувствительная головка,

6 – волокно с штекером для подвода излучения к фотоприемнику,

7 - фотоприемник,

8 – измерительно-индикаторный блок прибора ОМК3-76,

9 – катушка подмагничивания,

10 – амперметр,

11 – блок питания постоянного тока. Катушка подмагничивания изготовлена из 1800 витков провода ПЭВ2 Ø 0, 35 мм, намотанного на цилиндрическом корпусе Ø 10 мм длиной 50 мм.

Конструкция чувствительной головки датчиков с волоконно-оптическими магистралями приведена на рис. 6.2. Чувствительная головка состоит из следующих элементов:

1 – диск с пленкой Bi,

2 – поляроидная пленка (поляризатор),

3 - поляроидная пленка (анализатор),

4 – полиамидная опорная трубка,

5 и 6 – штекеры подводящего 7 и отводящего 8 оптических волокон,

7 - подводящее оптическое волокно,

8 - отводящее оптическое волокно,

9 и 10 – штекеры для подключения к излучающему и фотоприемному блокам.

 

Рис. 6.2. Конструкция сенсорного узла ВОД магнитного поля и тока (1 – чувствительный элемент, 2 и 3 - поляроидная пленка, 4 – трубка из кварцевого стекла, 5 и 6 – направляющие оптических волокон 7 и 8, 9 и10 - штекеры для подсоединения к передающему и фотоприемному модулю)

 

С целью изучения физических явлений, происходящих в пленках под действием магнитного поля, проводят детальные исследования и наблюдения доменной структуры. При этом наблюдается плотная лабиринтная доменная структура с темными и светлыми полосами примерно равной толщины. Наличие темных и светлых полос указывает на то, что доменные структуры в разрезе по вертикали к плоскости пленки представляют собой замкнутые намагниченные кольца (рис. 6.3).

 

Рис. 6.3. Видимые темные и светлые полосы доменов в скрещенных поляроидах (а) представление их поперечном сечении (б) и расположение силовых линий магнитной индукции (в)

 

Линейно поляризованное излучение, которое можно представить как суперпозицию право- и левовращающихся волн, поворачивается за счет эффекта Фарадея на угол равный:

φ = B ۰ H ۰ Z, (6.1)

где H – напряженность магнитного поля в эрстедах, B - постоянная Верде в град./(эрстед۰ м), Z - расстояние, пройденное светом в феррите (м).

Величина В изменяется от 10-1 град./(эрстед۰ м), для кварцевого стекла до 10-2 град./(эрстед۰ м), для ферритовых диэлектриков, причем для Bi она аномально высока на длинах волн близких к краю поглощения и на длине волны λ =0, 63 мкм и составляет от 5 ۰ 10-2 до 5 ۰ 10-4 град./(эрстед۰ м) в зависимости от содержания Bi.

В лабиринтной доменной структуре тонких пленок с Bi, наблюдаемых в скрещенных под 45ْ поляроидах (рис. 6.4), светлые полосы свидетельствуют о том, что в этих зонах магнитное поле направлено так, что за счет эффекта Фарадея линейно поляризованное излучение поворачивается на 45ْ в одном направлении (принятом за положительное) и проходит через поляризатор-анализатор. Наоборот, темные полосы говорят о том, что в них противоположная намагниченность, плоскость поляризации излучения поворачивается в противоположную сторону. Поляризатор-анализатор воспринимает подходящее излучение как ортогональное и не пропускает его (рис. 6.4).

 

Рис. 6.4. Эволюция доменной структуры (а – плотная структура с равнотолщинными темными и светлыми полосами, б – истончение темных полос, в – вытягивание доменов, г - переход в коллапс)

 

Изменения доменной структуры наблюдаются под воздействием постоянного магнитного поля при изменении напряженности поля и его направленности. Для волоконно-оптических датчиков (ВОД) знание напряженности магнитного поля и силы тока важно, чтобы соблюдать линейную зависимость выходного оптического сигнала от уровня напряженности поля или силы тока.

Для калибровки магнитного поля и установления связи между напряженностью магнитного поля и силой тока в катушке подмагничивания применяется следующая формула:

H = J ۰ N (1+(2R/L)2)1/2, (6.2)

где J - сила тока, N - число витков, R – средний радиус витков, L -длина соленоида.

Изменяя число витков в катушке подмагничивания можно получить линейный участок для измерения силы тока как в пределах от –1до +1А, так и в пределах от –100 кА до +100 кА. Причем можно измерять как постоянные, так и переменные токи.

 

4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

4.1. Изучить теоретический материал.

4.2. Ознакомиться с методикой оценки параметров волоконно-оптических датчиков.

4.3. Изучить принцип работы и устройство волоконно-оптических датчиков.

4.4. Получить задание на выполнение работы (см. табл. 6.1).

Таблица 6.1

 

Данные Варианты
                   
L (мм)                    
N (шт)                    
R (мм)                    
I (A) 0, 30 0, 35 0, 40 0, 45 0, 50 0, 55 0, 60 0, 65 0, 70 0, 75
z (м) 0, 01 0, 02 0, 03 0, 04 0, 05 0, 06 0, 06 0, 05 0, 04 0, 03

 

Данные Варианты
                   
L (мм) 12, 5 12, 7 12, 6 12, 7 13, 5 13, 4 13, 6 14, 1 14, 3 15, 6
N (шт)                    
R (мм) 19, 8 12, 5 11, 2 13, 8 13, 5 12, 5 13, 8 13, 5 13, 2 15, 3
I (A) 0, 80 0, 85 0, 90 0, 95 0, 10 0, 15 0, 11 0, 15 0, 12 0, 13
z (м) 0, 01 0, 02 0, 03 0, 04 0, 05 0, 06 0, 06 0, 05 0, 04 0, 03

 

4.5. Выполнить расчет показателей линейно-поляризованного излучения.

4.6. Рассчитать параметры калибровки магнитного поля для изучения работы волоконно-оптических датчиков.

 

5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

 

Отчет должен содержать:

5.1. Расчеты, выполненные в последовательности, соответствующей общему порядку выполнения работы.

5.2. Оценку данных, полученных в результате расчетов.

 

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

6.1. Каково устройство волоконно-оптического датчика?

6.2. В чем заключается принцип работы волоконно-оптического датчика?

6.3. Приведите основные положения методики оценки параметров волоконно-оптических датчиков.

6.4. Опишите конструкцию установки применяемой для оценки параметров волоконно-оптических датчиков.

6.5. Как осуществляется калибровка магнитного поля при оценке параметров волоконно-оптических датчиков?

6.6. Обоснуйте необходимость выполнения оценки параметров волоконно-оптических датчиков.

6.7. Чем объясняется наличие доменной структуры волоконных датчиков?

 








Дата добавления: 2014-11-10; просмотров: 813. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА Статика является частью теоретической механики, изучающей условия, при ко­торых тело находится под действием заданной системы сил...

Схема рефлекторной дуги условного слюноотделительного рефлекса При неоднократном сочетании действия предупреждающего сигнала и безусловного пищевого раздражителя формируются...

Уравнение волны. Уравнение плоской гармонической волны. Волновое уравнение. Уравнение сферической волны Уравнением упругой волны называют функцию , которая определяет смещение любой частицы среды с координатами относительно своего положения равновесия в произвольный момент времени t...

Медицинская документация родильного дома Учетные формы родильного дома № 111/у Индивидуальная карта беременной и родильницы № 113/у Обменная карта родильного дома...

Приложение Г: Особенности заполнение справки формы ву-45   После выполнения полного опробования тормозов, а так же после сокращенного, если предварительно на станции было произведено полное опробование тормозов состава от стационарной установки с автоматической регистрацией параметров или без...

Измерение следующих дефектов: ползун, выщербина, неравномерный прокат, равномерный прокат, кольцевая выработка, откол обода колеса, тонкий гребень, протёртость средней части оси Величину проката определяют с помощью вертикального движка 2 сухаря 3 шаблона 1 по кругу катания...

Неисправности автосцепки, с которыми запрещается постановка вагонов в поезд. Причины саморасцепов ЗАПРЕЩАЕТСЯ: постановка в поезда и следование в них вагонов, у которых автосцепное устройство имеет хотя бы одну из следующих неисправностей: - трещину в корпусе автосцепки, излом деталей механизма...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия