Вимірювання великих струмів, що базуються на ефекті Фарадея

Ефект Фарадея полягає в обертанні площини поляризації лінійно поляризованого світла в оптично активних речовинах під впливом магнітного поля. Кут повороту площини поляризації світла

, (7.26)

де С_В – стала Верде; l – довжина шляху світла у речовині; B –магнітна індукція.

За кутом повороту площини поляризації світла можемо визначити індукцію магнітного поля або силу струму, якщо перетворювач розмістити в магнітному полі вимірюваного струму.

При використанні ефекту Фарадея основними складовими похибки вимірювання струму є похибка перетворення струму в магнітну індукцію та похибка вимірювання магнітної індукції.

Вимірювання магнітної індукції при використанні таких методів зводиться до вимірювання кута повороту площини поляризації світла, яке зазвичай здійснюється методами прямого або компенсаційного порівняння.

При використанні методу прямого порівняння світло від лазера 1 спрямовується до перетворювача Фарадея 3 (рис. 7.14). При цьому поляризатор 2 і аналізатор 4 можуть бути розташовані безпосередньо біля магнітооптичного зразка, що дозволяє використовувати оптичні канали зв’язку 5 у вигляді звичайних волоконних світловодів.

Вихідним сигналом пристроїв, що базуються на методі прямого перетворення, є фотострум i_ф = S_ф J ₂ або вихідна напруга

, (7.27)

де R_н – опір навантаження фотоприймача; S_ф – чутливість фотоприймача 6; J₂ – інтенсивність світлового потоку на вході фотоприймача, яка, в свою чергу, відповідно до закону Малюса, може бути визначена як

, (7.28)

де J ₁ – інтенсивність світла на вході аналізатора; φ – кут між аналізатором і поляризатором; θ – кут повороту площини поляризації. При φ =45˚

(7.29)

або при малих кутах θ

. (7.30)

Існує кілька видів перетворювачів Фарадея. Найпростіший з них складається з магнітооптичного елемента 2, розташованого біля провідника 1 з вимірюваним струмом (рис. 7.15, а). Зменшення впливу магнітних полів та збільшення чутливості S_I = θ/I_x = C_ВlK_I таких приладів до струму можемо досягти, застосовуючи для збільшення коефіцієнта перетворення K_I=B/I_x соленоїд (рис. 7.15, б) або феромагнітний магнітопровід 3 з магнітооптичним елементом

2, що охоплює провідник 1 з вимірюваним струмом (рис. 7.15, в).

Однак, використання таких перетворювачів пов’язане з погіршенням динамічних характеристик приладу і виникненням фазових похибок, а у приладу з магнітопроводом – похибок гістерезису і лінійності. Більш раціональний шлях підвищення чутливості – це збільшення довжини шляху проходження світлового променя в магнітооптичному елементі за рахунок багаторазового відбиття (кут θ при цьому збільшується, не змінюючи свого знаку, тому його легше виміряти). Схему такого перетворювача показано на рис. 7.15, г. За робочу речовину в магнітооптичних перетворювачах слугують скельця, що містять оксид свинцю та плавлений кварц.

Дата добавления: 2014-11-18