Датчик магнитного поля на эффекте Фарадея
О
птическое
волокно может служить также элементом
Фарадея, например волокно из кварца с
постоянной Верде V≈0,015"/А.
Если изготовить кольцо из множества витков оптического волокна и намотать на это кольцо провод, то, пропустив по нему электрический ток, можно получить датчик тока или магнитного поля, обладающий высокой чувствительностью. При этом угол вращения плоскости поляризации
φ,
где I - электрический ток; Nf - число витков кольца из оптческого волокна; Ni - число пересечений электрического тока с витками волокна.
Обычным одномодовым волокнам свойственно двойное лучепреломление, обусловленное некоторой эллиптичностью поперечного сечения. Это заметно снижает линейность зависимости угла вращения плоскости поляризации при эффекте Фарадея, в связи с чем предлагается скручивание оптического волокна. Благодаря скручиванию ослабляется двойное лучепреломление. В сущности, это уменьшение связи между волнами с левой и правой круговой поляризацией при имеющейся разности их фазовых постоянных. В результате можно добиться хорошей линейности характеристики эффекта Фарадея.
На рис. 23.7 представлена система для измерения электрического тока. Здесь введена обратная связь, позволяющая нейтрализовать эффект Фарадея для выходной световой волны. По сигналу обратной связи определяется значение тока. При этом компенсирующее вращение плоскости поляризации входной волны производится благодаря части оптической системы, возбуждающей световую волну в волокне, а также прямой частотной модуляции излучения полупроводникового лазера.
23.3. Датчики на основе изменения потерь Датчик с микроизгибами волокна.
На рис. 23.8 представлен общий вид датчика (гидрофона), в котором используется эффект изменения потерь передачи - потерь на микроизгибах. Эти потери возникают вследствие периодического изгибания волокна под влиянием внешних факторов. В гидрофоне колебания мембраны от звуковой волны вызывают изменение амплитуды изгибов благодаря механизму соединения.
Т
акой
датчик может измерить звуковое давления
около 0,1 Па (частотная полоса сигнала 1
Гц). Однако при периодическом боковом
давлении на волокно и колебаниях его
оси между модами с разной постоянной
распространения происходит обмен
энергией (преобразование мод) в
соответствии с периодом этих колебаний.
В данном случае используется преобразование
мод между канализируемыми и излучаемыми
световыми волнами.
Многомодовое волокно с квадратичным распределением коэффициента преломления обладает повышенной чувствительностью к потерям на микроизгибах. Возможно применение волоконно-оптического датчика в качестве тензометра. Деформацию можно измерять по изменению потерь и микроизгибах, вызываемых механическим напряжением, прикладываемым вдоль двух вытянутых скрученных волокон.
Датчик с использованием утечки волны
Если с помощью термического вытягивания оптического волокна довести диаметр какого-то участка его до нескольких мкм, то отсюда канализируемая мода излучается наружу. Если в этой части волокна окажется вещество, поглощающее свет, то резко изменится интенсивность распространяющегося в волокне света; на основе этого и можно построить датчик.
На рис. 23.9 представлена схема измерителя концентрации метана, работающая по этому принципу. В датчике этого типа требуется специальное крепление тонкой части волокна.