Устройство для измерения напряженности магнитного поля

(088.8)видетельство ЕПВ01 Р 33/032, 1982. ил,тропнои ориентац ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ МАГНИТНОГО ПОЛЯ(57) Изобретение позволяет упроститьконструкцию и уменьшить габариты устройства для измерения напряженностиили индукции магнитного поля, чтодостигается использованием в немячейки на нематических жидких кристаллах. Устройство содержит воспринимающий узел 1, работающий в режимеотражения света и имеющий концевой участок из световода 2, который прикреплен к ячейке компаундом 3, с которого снято оптическое покрытие 4,а его сердцевина 5 окружена слоем 6нематического жидкого кристалла, размещенного в цилиндрическом капилляре 7. Торцы капилляра закрыты прокладками 8 с уплотнением 9. Капиллярпокрыт светонепроницаемым слоем 10.Серцевина 5 расположена в капилляреэксцентрично, а на ее торцах нанесено светоотражающее покрытие. Сердцевина 5 является проводником света,а слой 6 - активным элементом, изменяющим интенсивность света, проходящего по сердцевине, в зависимости отвеличины магнитного поля. В качестверабочего вещества ячейки использованнематик - п-диацетоксибензальдазин,который способен к спонтанной гомео134705 Изобретение относится к измерительной технике, в частности предназначено для измерения напряженностиили индукции магнитного поля.Цель изобретения - упрощение конструкции с одновременным уменьшениемразмеров устройства, что достигаетсяналичием ячейки на нематических жидких кристаллах НЖК в магниточув Оствительном датчике,На фиг. 1 изображен воспринимающий узел предлагаемого устройства иего разрез А-А; на фиг. 2 - схема измерения в режиме отражения света. 15Воспринимающий узел 1 работает врежиме отражения света и содержитконцевой участок 2 световолокна, прикрепленного к ячейке компаундом 3,с которого снято оптическое покрытие 4, а его сердцевина 5 окруженаслоем 6 НЖК, который находится в цилиндрическом капилляре 7, торцы которого закрыты прокладками 8 с уплотнением 9, капилляр покрыт светонепроницаемым слоем 1 О. Сердцевина 5 расположена в капилляре 7 эксцентрично, ана ее торце нанесено светоотражающеепокрытие 11.Устройство (фиг. 2) содержит вос- ЗОпринимающий узел 1, световоды 2, источник 12 света, фотодетектор 13, волоконный разветвитель 14, усилитель 15и регистратор 16. Воспринимающийузел 1 служит для изменения интенсив- Зности света, поступающего в фотодетектор,в зависимости от величины инаправления магнитного поля, световолокна 2 предназначены для световойкоммуникации между узлом 1 и электронным блоком, оптическое покрытие 4служит для коллимирования с света впределах апертурного угла при прохождении его по световолокну, сердцевина 5 является проводником света,45слой 6 НЖК является активным элементом, изменяющим интенсивность проходящего по сердцевине 5 света в зависимости от величины магнитного поля,капилляр 7 служит емкостью для ячейки НЖК, а внутренняя его поверхностьявляется опорной для молекул нематика, Прокладки 8 задают геометрию расположения сердцевины 5 и капилляра 7,узел уплотнения 9 является герметизи- ббрующим объем ячейки элементом,слой 1 О - экраном от внешнего света,а также поглотителем внутреннего рассеянного света, светоотражающее по 5 2крытие 11 улучшает эффективность собирания света при работе устройства в режиме отражения. Источник 12 света предназначен для генерации зондирующего света, фотодетектор 13 - для регистрации световых потоков, разветвитель 14 - для ответвления света, идущего из узла 1 на фотоприемник 13, усилитель 15 - для усиления электрического сигнала, поступающего по рабочему каналу, до уровня, необходимого для работы регистратора 16.На фиг. 1 (А-А) представлена геометрическая конфигурация узла 1. Неодинаковый по толщине слой НЖК между опорными поверхностями, а именно текущий размер б между стенками капилляра 7 и волокном 2, задат по той причине, что для равной толщины слоя имеется ктирическая напряженность магнитного поля Н, при которой в зависимости от расстояния между опорны ми поверхностями ячейки наступает переориентация молекул НЖК по всему объему ячейки, Так как выполняется условие Р= сопзт, осуществляется пороговый эффект переориентации. При неодинаковом расстоянии между опорными плоскостями в различных участках ячейки переориентация полем начинается в областях с большими зазорами, а с ростом величины магнитного поля область переориентации возрастает, охватывая участки все с меньшими зазорами. Следовательно, эффект локального управления полем ориентацией молекул НЖК расширяет динамический диапазон измеряемых значений магнитного поля.Толщина жидкокристаллического слоя в оптических ячейках может составлять 5-100 мкм и более, диаметр сердцевины световолокна варьируется у различных типов волокна в пределах 1- 100 мкм, а диаметр световолокна в оптической оболочке составляет у различных типов волокна 10-1000 мкм.Ввиду того, что в предлагаемом устройстве применяется безэлектродный тип ячейки, минимальная толщина слоя жидкого кристалла может быть принята равной б= 0-5 мкм, максимальную толщину с целью расширения динамического диапазона измеряемых напряженностей магнитного. поля целесообразно принять равной б , - 100-150 мкм, а световолокно для ячейки по технологическим причинам формирования структу 1347055ры НЖК целесообразно взять с максимальным диаметром сердцевины, т.е. .принять д = 100 мкм.В качестве рабочего вещества жид 5 кокристаллической ячейки НЖК целесообразно взять, например, нематик - п-диацетоксибензальдазин, который имеет способность к спонтанной гомеотропной ориентации. 10Конструктивньщ элементом жидкокристаллической ячейки и ее внешней опорной поверхностью может служить цилиндрический капилляр с внутренним диаметром (Ьин +мас +д) мкм, толщи ной стенок 100-200 мкм и длиной 5- 15 мм. Материалом капилляра могут быть кварц, силикатное стекло или нереагирующий с веществом жидкого кристалла металл. Диэлектрическая прокладка, определяющая толщину слоя жидкокристаллического вещества, может быть выполнена из слюды, тефлона, полиэтилена и так далее, для герметизации ячейки используется эпоксидная 25 смола.Выбор типа волокна определяется условием и, с и,и, где п, п соответственно показатели преломления жидкого кристалла (нематика) при З 0 гомеотропной и планарной ориентациях директора, п - показатель преломления сердцевины световолокна. В таком случае свет, распространяющийся от источника по световолокну, удерживается при Н = 0 также и в пределах воспринимающего узла, вследствие сохранения условия полного внутреннего отражения на границе раздела сердцевина - нематик, так как. п ) и,. При 10 Н Ф 0 происходит переход от гомеотропной к планарной ориентации директора нематика, й каналирование света в сердцевине в пределах воспринимающего узла частично или полностью нарушается вследствие невыполнения условия полного внутреннего отражениясвета, так как и с и. Следовательно,интенсивность света, приходящего нарегистрирующий фотодетектор, в случае проходящего или отраженного пучка обратно пропорциональна величинемагнитного поля, Так как максимальное воздействие на молекулы нематикаимеет составляющая магнитного поля,ориентированная параллельно оси воспринимающего участка сердцевины, очевидно, что детектор характеризуетсянаправленной чувствительностью к измеряемому магнитному полю. Формула изобретенияУстройство для измерения напряженности магнитного поля, содержащее установленный у концевой части оптического световолокна воспринимающий узел, источник света, светоприемник, усилитель и регистратор, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности устройства и уменьшения его габаритов, в него введен оптический разветвитель, первый вход которого подключен к источнику света, второй вход - к воспринимающему узлу, а выход - к последовательно соединенным светоприемнику, усилителю и регистратору, при этом воспринимающий узел выполнен в виде безэлектродной жидкокристаллической ячейки, состоящей из цилиндрического капилляра, покрытого светоотражающим слоем, внутрь которого помещен участок световолокна с удаленной оптической оболочкой, расположенный эксцентрично относительно оси капилляра347055 ь В.Шульгравчук. оставит ехред А Корректор А.Тяс едактор И,Горная Заказ 5118 Тираж 729 НИИПИ Государственного к по делам изобретений и 35, Москва, Ж, РаушскПодписиСР те ткрытии наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул, Проектная,