Расчетная часть
4. Расчет и выбор основных элементов устройства
4.1 Описание структурной схемы разрабатываемого устройства.
Необходимо создать устройство, которое позволяло бы измерять силу тока от 0 до 100 А.
На рис. 12 представлено устройство для измерения электрического тока, содержащее магнитооптический чувствительный элемент в виде закрученного вдоль направления распространения излучения одномодового оптического волокна, изменяющий поляризацию светового сигнала в зависимости от измеряемой величины - электрического тока через проводник.
4.2 Выбор лазерного диода.
В
оптических схемах в качестве источников
света служат главным образом лазеры,
хотя в некоторых случаях требования к
когерентности освещения не предъявляются.
В качестве светового носителя может
быть использовано непрерывное излучение
газовых (гелий-неонового с длиной волны
0,63 мкм, гелий-кадмиевого с λ=0,44) и
твердотельных (на алюмоиттриевом гранате
с λ=1,06 мкм) лазеров. Однако наиболее
перспективными для применения в
современных конструкциях оптических
систем обработки информации являются
полупроводниковые инжекционные 
лазеры.
Компактность, высокая светоотдача,
простота осуществления модуляции
интенсивности им широкое применение.
В нашей работе в качестве источника световых импульсов применяется лазерный диод IDL10S-650.
Характеристики (T=25°C):
|
Модель |
Длина волны излучения, нм |
Мощность излучения, мВт |
Рабочий ток накачки, мА |
Рабочее напряжение, B |
Пороговый ток, мА |
Расходимость, град. |
Ширина линии излучения (FWHM), нм |
Ширина полоска, мкм |
|
IDL10S-650 |
645...660 |
10 |
60 |
5 |
35 |
10 x 30 |
2.0 |
5 |
Рис.13 Лазерные диоды непрерывного режима генерации
4.3 Поляризатор.
С выхода лазера пучок света направляется на поляризатор, на выходе которого световая волна является плоскополяризованной (поляризованной в одной плоскости), т.е. поляризатор пропускает волны только с одной плоскостью поляризации. Поляризатор может быть выполнен в виде пленок или на основе призмы Волластона. Поляризатор не меняет интенсивности света.
Фторид магния (MgF2)
Благодаря прозрачности в широком спектральном диапазоне (в особенности в вакуумной УФ-области спектра), сочетающейся с механической и термической прочностью, химической и радиационной устойчивостью, естественным двулучепреломлением, а также с благоприятными теплофизическими характеристиками, применение кристаллов фтористого магния в оптике позволяет создать принципиально новые приборы и устройства.
-
Характеристика материала
Сингония
тетрагональная
Плотность, г/см3
3.176
Микротвёрдость, Па
576 ·107 (по Кнупу)
Теплопроводность, Вт/(м · °С)
3
КЛР, α х 107, °С-1
145,4 (ll) C
92.5 (^) C
Модуль Юнга E х 10-7,
Па, в направлении III
16 910 (ll) C
Показатель преломления, nD
1.377
Область прозрачности, мкм
0,13÷7,0
|
Показатель преломления
| ||
|
Λ, мкм |
ne |
no |
|
0.2 |
1.4367 |
1.4231 |
|
0.5
|
1.3916
|
1.3797
|
|
1.0 2.0
|
1.3852 1.3797
|
1.3736 1.3686
|
|
3.0
|
1.3724
|
1.3618
|
|
4.0
|
1.3622
|
1.3525
|
|
5.0
|
1.3487
|
1.3400
|
|
6.0
|
1.3315
|
1.3242
|
|
7.0
|
1.3101
|
1.3044
|
“Элан” изготавливает из MgF2 следующие виды изделий: фазовые пластины, ахроматические фазовые пластины и поляризационные призмы.
4.4 Оптическое волокно
С выхода поляризатора световые сигналы поступают в оптическое волокно, материал из которого оно выполнено должен обладать существенной чувствительностью к изменению внешнего магнитного поля.
Стандартное одномодовое оптическое волокно имеет диаметр сердцевины 9 мкм и диаметр оболочки 125 мкм (рис. 15).
Рис.15 Одномодовое оптическое волокно
В этом оптоволокне существует и распространяется только одна мода (точнее две вырожденные моды с ортогональными поляризациями), поэтому в нем отсутствует межмодовая дисперсия, что позволяет передавать сигналы на расстояние до 50 км.
В данном датчике используется оптическое волокно Sm9/125, выполненное из кварцевого стекла. Технические характеристики:
-Рабочее окно прозрачности: 1310/1550 нм;
-Диаметр поля моды: для 1310 нм 9,3±0,5 мкм, для 1550 нм 10,5±1,0 мкм;
-Длина волны отсечки (кабеля/волокна): 1260/1330 нм;
-Диаметр оболочки: 125±1 мкм;
-Диаметр
покрытия: 245±5 мкм.
Постоянная Верде –V =10-5 град/(эрстед*м)=104 град/(Тл*м);
Постоянную Верде выбираем исходя из таблицы 3.