SU1130808A1 - Магнитооптический тесламетр (его варианты) - Google Patents

Abstract

1. Магнитооптический тесламетр, содержащий двухчастотнЫй лазер, светоделитель, два оптических фильтра, два фотоприемника, магнитооптический зонд, состо щий из  чейки Фараде  и двух четвертьволновых ппастинок, два световода, соединенных с магнитооптичес1сим зондом, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены второй светоделитель два оптических смесител ,oтpaжaтeльJ третий и четвертый световоды и раз ностньщ фазометр, причем первьй выход лазера через первый оптический фильтр и первый светоделитель оптически св зан через два световода с противоположными входами магнитооптического зонда, первый выход которого через третий световод и первый вход первого оптического смесител  св зан с входом первого фотоприемни- ка, втopdй выход зонда через четвертый световод и первый вход второго, оптического смесител  св зан с входом второго фотоприемника, второй выход лазера через второй оптический фильтр оптически св зан с входом второго светоделител ,-первый выход которого через отражатель св зан с вторым входом первого смесител , второй выход второго светоделител  св зан с вторым входом второго смесител , а выходы фотоприемников подключены к входам разностного фазометра. 2. Магнитооптический тесламетр, содержащий двухчастотный лазер с противоположными круговыми пол ризаци ми компонент излучени , два оптических фильтра, два фотоприемника , магнитооптический зонд, состо. щий из  чейки Ф араде , два световода , соединенных с магнитооптическим зондом, отличающи и- с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, в него введены разностньй фазометр и третий и четСлЭ вертый световоды, причем выходы лаО 90 зера через два световода св заны с входами магнитооптического зонДа, первый и второй выходы которого че00 рез третий и четвертый световоды и оптические фильтры оптически св заны с входами первого и второго фотоприемников соответственно, выходы которых соединены с входами разностного фазометра.

Description

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  измерений магнитной индукции посто нного магнитного пол . Известен магнитооптический тесламетр , содержащий последовательно сое диненные источник света, модул тор, пол ризатор-анализатор в виде призмы Плана-Томпсона,  чейку Фараде , отражатель, светоделитель, два фотоприемника , синхронный детектор и регистрирующий прибор И , Недостатками тесламетра  вл ютс  узкий динамический диапазон измерений из-за низкой частоты модул ции, которую способен обеспечить механический модул тор, а также недостаточ ную точность, ограниченную низкочастотными колебани ми интенсивности излучени  источника света, Наиболее близким техническим реше нием к предпагаемо.му  вл етс  магнитооптический тесламетр, содержащий .источник света в виде двухчастотного лазера, светоделитель, два оптических (|ильтра, два фотоприемника, магнитооптический зонд, состо щий из  чейки Фараде  и двух четвертьволновых пластинок, два световода, соединенных с магнитооптическим зондом , и мостова  схема, входы которой подключены к выходам фотоприемников zj. Недостатками известного тесламетра  вл ютс  высока  чувствительность к изменению козф||ициентов пере дачи фотоприемников, а также к изменению параметров  чейки Фараде , что ограничивает его точность величиной пор дка 0,3%. Цель изобретени  - повышение точности измерений. Поставленна  цель достигаетс  тем что,в магнитооптический тесламетр, содержащий двухчастотный лазер, светоделитель , два оптических фильтра, два фотоприемника, магнитооптический зонд, состо пщй из  чейки Фараде  и двух четвертьволновых пластинок, два световода, соединенных с магнито оптическим зондом, введены второй светоделитель, два оптических смесител , отражатель, третий и четвертый световоды и разностный фазометр причем первый выход лазера через первый оптический фильтр и первый светоделитель оптически св зан чере два световода с противоположны входами магнитооптического зонда. первый выход которого 4ept;r i -третий световод и первый вход первого оптического смесител  св зан с входом первого фотоприемника, второй выход зонда через четвертый световод и первый вход второго оптического смесител  св зан Свходом второго фотоприемника , второй выход лазера через второй оптический фильтр оптически св зан с входом второго светоделител , первый выход которого через отражатель св зан с вторь М входом первого смесител , второй выход второго светоделител  св зан с вторым входом второго смесител , а выходы фотоприемников подключены к входам разностного фазометра. Поставленна  цель достигаетс  также тем, что в магнитооптический тес- ламетр, содержащий двухчастотный лазер с противоположными круговыми пол ризаци ми компонент излучени , два оптических фильтра, два фотоприемника , магнитооптический зонд, состо щий из  чейки Фараде , два световода, соединенных с магнитооптическим зондом, введены разностный фазометр и третий и четвертый световоды, причем выходы лазера через два световода св заны с входами магнитооптического зонда, первый и второй выходы которого через третий и четвертый световоды и оптические фильтры оптически св заны с входами первого и второго фотоприемников соответственно, выходы которых соединены с входами разностного фазометра . На фиг. 1 представлена схема магнитооптического тесламетра, первый вариант; на фиг. 2 - то же, второй вариант. Тесламетр содержит двухчастотный лазер I, первый выход которого через первый оптический фильтр 2 и пер аш светоделитель 3, где луч делитс  на два, оптически св зан с двум  световодами 4 и 5, посредством которых два встречных луча подаютс  на магнитооптический зонд 6; Магните оптический зонд 6 состоит из двух четвертьволновых пластинок 7 и 8 и  чейки 9 Фараде . Выходы магнитооптического зонда 6 через световоды 10 и П св заны с первыми входами оптических смесителей 12 и 13, с выхода которых лучи подаютс  на входы фотоприемников 14 и 15. Второй выход лазера I через второй оптический фильтр 16, второй светоделитель 17 и отражатель 18 оптически св зан с вторыми входами оптических смесителей 12 и 13. Сложенные лучи поступают на фотоприемники 14 и 15, выходы которых соединены с входми разностного фазометра 19.

По второму варианту магнитооптический тесламетр содержит двухчастотный лазер 1 и оптический филь

2.Выходы лазера 1 через световоды 4 и 5 подаютс  на входы магнитооптического зонда 6, состо щего из  чейки Фараде  9. Выходы магнитооптического зонда через световоды 10 и 11 и оптические фильтры оптически св загы с входами соответствующих фотоприемников 14 и 15, при этом

к входу фотоприемника 14 выходом подключен оптический фильтр 16. Выходы фотоприемников 14 и 15 соединены с входами разностного фазометра 19, выход которого  вл етс  информационным выходом устройства.

Тесламетр (фиг. l) работает следующим образом.

Лазер 1 генерирует двухмодовое излучение, представл ющее собой две линейно пол ризованные взаимно ортогональные волны, разность частот которых может устанавливатьс  в йнтерСО

вале 10-10 Гц. Естественно, что прин ты обычные меры дл  обеспечени стабильности характеристик излучени ( стабилизаци  частот и мощности). . Луч из первого выхода лазера 1 проходит оптический фильтр 2, который также, как и фильтр 16 может представл ть собой просто анализатор, пропускающий одну из двух ортогоналных мод, и попадает на светоделител

3,который представл ет собой, например , полупрозрачное зеркало. На с етоделителе 3 первый луч лазера разщепл етс  на два луча, которые

с помощью световодов 4 и 5 подвод тс  к противоположным сторонам магнитооптического зонда 6 и образуют пару встречных лучей. Лучи, прошедшие магнитооптический зонд 6, через световоды 10 и 11 подаютс  на оптические смесители 12 и 13 соответственно , которые так же как светоделитель 17 могут быть выполнены в виде полупрозрачных зеркал. Луч из второго выхода лазера 1 проходит через второй оптический ({ильтр 16 и напр а08084

л етс  на светоделитель 17, где луч делитс  на два. Один из разделенных лучей подаетс  на оптический смеситель 12, а второй через .отражатель 18 - на оптический смеситель 13. Отражатель 18 может представл ть собой, например, глухое зеркало или призму полного внутреннего отражени . Фильтр 16 выдел Q ет вторую моду, котора  на оптических смесител х 12 и 13 смешиваетс  с встречными лучами первой моды. Эти смешанные лучи попадают на фотоприемники 14 и 15 соответственно, где преобразуютс  в электрический сиг нал биений.

Фазометр 19 вьщел ет разность фаз двух электрических сигналов одной частоты. При включении прибора магнитооптический зонд 6 экранируют и выставл ют начальное значение фазового , сдвига, например нулевое. При помещении магнитооптического зонда 6 в магнитное поле возникает опти . ческа  разность хода встречных лучей, котора  приводит к фазовому сдвигу

ср 2VdB. где V - посто нна  Верде;

d - толщина активного сло   чейки Фараде ;

В - магнитна  индукци . При этом в магнитооптическом зонде происходит следующее. Линейно пол ризованнъш луч, пройд  четвертьволновую пластинку, приобретает кру5 говую пол ризацию. Вращение плоскости пол ризации, обусловленное эффект .. Фараде , .дп  встречных лучей имеет различные знаки, ускор   один луч и тормоз  второй. Пройд  вторую четвертьволновую пластинку, луч снова становитс  линейно пол ризованным. Интенсивность луча на выходе световода 10 описываетс  выражением

5 ,Ь ) 4cf Д)4 q,oli) ipelt) q(B)l,

где - частота излучени ;

Cf,(t)- случайна  фаза, обусловленна  нестабильност ми лазе0ра 1{

(li HlHtp lt) - случайные фазы, обусловленные нестабильност ми оптического щита в соответствующих световодах от вли ющих факторов (температура, дав5 ление и др .) ;

CSj,(t) -случайна  фаза, обусловленна  вли нием внешних факторов на магнитооптический зонд 6; CP{B) -приращение фазы, обусловленное эффектом Фараде . Интенсивность луча на выходе световода I1 описываетс  выражением I,,a,, 46ttVt 6Wvcp,,(t)-4(B), где суд, - начальное значение разности фаз встречных лучей, обусловленное различными оптическими пут ми; CpyCt) и Cf,,(t) - случайные фазы. Интенсивность луча на выходе светоделител  17 равна/ , t+(i(t) (3) где Cp,,(t) - случайна  фаза, соответ ствующа  нестабильност м второй моды; 2 частота излучени  второй моды. Интенсивность луча на выходе отражател  18 равна 1,2, 0,2sinfrt+ fi b M ; ( где (рог начальное значение разности фаз разделенных лучей второй моды На выходе фотоприемника 15 будет сигнал V, a,6;n(,,lt)4cf(t)Cf,git)+%W+tf (Bl-tp2W,(5) на выходе фотоприемника 14 M2 ajSin(-3i- 2Vtvq,(,tCf5(t))+ %W-4 tebtp7W-4oOСб) на выходе фазометра 19 ,(t) + c,o(t)-46W 4 «(t)(8 ()2Ч(8), 4o%2-%oq c W-t),U)4Cf,(t)-q,5(t)). Магнитооптический тесламетр (фиг. 2) работает следующим образом Лазер I представл ет собой изотропный зеемановский лазер, лучи с выходов которого пол ризованы по кругу. При этом луч, совпадающий с направлением магнитного пол , сос тоит из двух компонент ,-6 , , где - частота лазера без магнитно пол ; А- - смещение частоты лазера, вызванное эффектом Зеемана. Перва  компонента имеет правую круговую пол ризацию, а втора  ,левую. На втором выводе лазера 1 компонента излучени  с частотой -0 имеет левую круговую пол ризацию, а компонента с частотой правую . Проход  через  чейку Фараде  компоненты излучени  с правой и левой круговыми пол ризаци ми получают приращени  фазы с противоположными знаками. Оптические фильтры 2 и 16, представл ющие из себ , например, просто анализаторы, выдел ют из. излучени , прошедшего ро световодам через  чейку Фараде , интерферирующие составл ющие излучени , которые на соответствующих фотоприемниках 14 и 15 преобразуютс  в электрические сигналы разностной частоты. Фазометр 19 измер ет разность фаз двух электрических сигналов одной частоты . Основные соотношени  таковы. Интенсивность луча на выходе оптического фильтра состоит из двух компонент и 1,2 которые описываютс  следу ющими выражени ми: I,,a,,5;n,l+t,U)4(,(tl4c 6aHty,,); , i,rci,,sin -32iitp2W4(iH4;Ubcp;jt)-cf{B),: где Ц, (t) и cp2(t) - случайные фазы, обусловленные нестабильност ми параметров лазера 1; q4 W, tfi 1.4-6 W, 4-6 W a %(t} (t) - случайные фазы, обусловленные вли нием внешних факторов на световоды 4 и 11 и зонд 6 по отношению к первой компоненте; ( || (в) - приращение фазы, обусловленное эффектом Фараде . Интенсивность луча ка входе оптического фильтра 16 состоит из компонент 12J и которые описываютс  выражени ми I,,a2,,btf,lt ,), Porqle)) l22 a2.,,ltl4lf(t)4C| itlf4 i(tlt. ), где и cf(32 начальные фазы компонент второго выхсзда лазера по отношению к фазам соответствующих компонент первого 1а,1хода лазера 1 . Сигнал на выходе фотоприемника I5 имеет вид V,a,5;«(, 4cp,U)-7|,(ihq) (i)-cf (t) .../|Л )|Ъ/IIt,. I /i. . и ..I %W-(,,(t)-cf;,(i) 42(f Ol , (10) 7 13 СИГНШ1 на и,1ходе фотопрнемника 14 имеет вид M,j (V 2litc,li) + 4)(tl-cf5lt))-tt4feli )-4UtUtp,U)(i)fq,,,(.. ( Разность фаз, выделенна  фазометром 19, описываетс  выражением i 4-tPo2- c,t4ltl4 - nW 4,,(t) + 45 - 5W 4loW-4 ,aUl44tf(B)(o4q,t)4cf(8l где фо - начальна  разность фаз; (j,,(t)- случайна  составл юща . обусловленна  нендентичностью изменени  оптических путей в световодах под вли нием внешних факторов. Динамический диапазон предпоженных устройств определ етс  несущей частотой (разностной частотой излучени  . При этом верхн   частота изменени  магнитного пол  должна быть на один-два пор дка ни7«;е несущей частоты. Предпагаемый магнитооптический тесламетр позвол ет расширить диапазон измерений и повысить быстродействие . -По сравнению с серийным тес- , ламетром Ш1 -1 производительность возрастает более чем в 2 раза.

Ajnru

фиг 2

Claims (2)

1. Магнитооптический тесламетр, содержащий двухчастотный лазер, светоделитель, два оптических фильтра, два фотоприемника, магнитооптический зонд, состоящий из ячейки Фарадея и двух четвертьволновых пластинок, два световода, соединенных с магнитооптическим зондом, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены второй светоделитель;

два оптических смесителя, отражатель,^ третий и четвертый световоды й раз ’ ностный ф>азометр, причем первый выход лазера через первый оптический фильтр и первый светоделитель оптически связан через два световода с противоположными входами магнитооптического зонда, первый выход которого через третий световод и первый вход первого оптического смесителя связан с входом первого фотоприемни— ка, вторбй выход зонда через четвертый световод и первый вход второго, оптического смесителя связан с входом второго фотоприемника, второй выход лазера через второй оптический фильтр оптически связан с входом второго светоделителя,- первый выход которого через отражатель связан с вторым входом первого смесителя, второй выход второго светоделителя связан с вторым входом второго смесителя, а выходы фотоприемников подключены к входам разностного фазометра.

2. Магнитооптический тесламетр, содержащий двухчастотный лазер с противоположными круговыми поляриза циями компонент излучения, два оптических фильтра, два фотоприемника, магнитооптический зонд, состоящий из ячейки Фарадея, два световода, соединенных с магнитооптическим зондом, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены разностный фазометр и третий и четвертый световоды, причем выходы лазера через два световода связаны с входами магнитооптического зонда, первый и второй выходы которого через третий и четвертый световода и оптические фильтры оптически связаны с входами первого и второго фотоприемников соответственно, выходы которых соединены с входами разностного фазометра.