7.3. Вод электрического тока

Датчики электрического тока используют магнитное и тепловое действие тока (см.табл.6).

Электрические токи I1 _0, _0I2_0,..., In, охватываемые контуром L, связаны с окружающим проводник магнитным полем соотношением

Поэтому все рассмотренные ранее ВОД магнитного поля применимы для измерения токов.

В сильноточных цепях наиболее перспективно использование эффекта Фарадея. При этом ВС укладывается в катушку, надеваемую на проводник с током (рис.29). Для компенсации двулучепреломления, возникающего при изгибе ВС, катушку, навивают попеременно изгибая в разные стороны (в виде "восьмерки").

Повысить стабильность ВОД позволяет применение схемы кольцевого интерферометра Саньяка (рис.30). Эффект Фарадея не взаимен, поэтому он суммируется для встречных волн. Эффекты, связанные с воздействием температуры и других дестабилизирующих факторов, напротив, взаимны, компенсируясь в интерферометре Саньяка [10].

Достоинства рассматриваемых ВОД состоят в линейной зависимости выходного сигнала от поля и в отсутствии проводящих частей.

Поэтому ВОД данного класса особенно перспективны для измерений больших токов и измерений в высоковольтных цепях.

Для измерения токов, не превышающих 1 мА, используют магнитострикционные и тепловые преобразователи в сочетании с интерферометрической схемой регистрации (рис.31). Эти методы обеспечивают пороговую чувствительность 1... 100 нА при длине чувствительного элемента всего в несколько сантиметров. Частотные характеристики данных ВОД линейны в диапазоне от постоянного тока до частот в несколько сотен герц.

8.Датчики механических величин

Возникновение механических напряжений, изгибов и микроизгибов в ВС влияет на параметры распространяющегося по нему излучения. Это изменение может проявляться в изменении значений потерь оптической мощности, характера поляризации, сдвиге фазы, а также скорости света (табл.9).

Таблица 9

Характеристики ВОД механических величин

Величина ¦ Физический¦ Конструкция ¦Тип¦ Чувствительность ¦ Динамический ¦ Погрешность ¦

¦¦ эффект, ¦ сенсора¦ датчика ¦ [пороговое ¦ диапазон¦ ¦

¦¦ явление ¦ ¦ ¦ значение] ¦ ¦ ¦

Давление¦фотоупругий¦многопроход ¦гетеродинный ¦ 4,4 мкрад/Па ¦ 0,1...100 кГц ¦ 350 Па¦

эффект и ¦ная оптичес ¦фазометр¦ [85 дБ// 1 мкПа] ¦ ¦ ¦

изменение ¦кая ячейка из¦ ¦¦ ¦ ¦

длины ВС ¦стекла длиной¦ ¦¦ ¦ ¦

20 см ¦ ¦¦ ¦ ¦

¦катушка ОВС, ¦поляризацион¦[50 дБ // 1 мкПа] ¦ 0,01...20 кГц ¦ ¦

l=1 м ¦ный¦ 200 дБ // ¦ ¦ ¦

интерферометр¦ 1 мкПа 7 Гц_51/2_0¦ ¦ ¦

катушка ОВС ¦гомодинный ¦[40 дБ // 1 мкПа] ¦ 0,01...100 кГц¦ ¦

l=10 м¦интерферометр¦ 180 дБ // ¦ ¦ ¦

1 мкПа 7 Гц_51/2_0¦ ¦ ¦

нарушение ¦стеклянная ¦рефлектометр ¦[60 дБ // 1 мкПа] ¦ 0,1...10 кГц ¦ ¦

полного¦призма или ¦ ¦ 204 дБ // ¦ ¦ ¦

внутреннего¦скошенный¦ ¦ 1 мкПа 7 _0Гц_51/2_0¦ ¦ ¦

отражения ¦торец ВС¦ ¦¦ ¦ ¦

механическая ¦перемещение ¦измеритель ¦[60...80 дБ //¦ 0,01...5 кГц ¦ 1... 10 % ¦

¦элементов¦интенсивности¦ 1 мкПа] ¦ ¦ ¦

модуляция ¦оптического ¦ ¦¦ ¦ ¦

тракта ¦ ¦¦ ¦ ¦

перемеще ¦отклонение ¦подвижное¦измеритель ¦ [1...100 мкм]¦ 0,1...5 кГц+1% ¦

ние ¦луча ¦соединение ВС¦интенсивност覦 ¦ ¦

перекрытие ¦подвижные¦ измеритель ¦ 1...100 мкм ¦ 0,1...5 кГц ¦+_01%¦

луча ¦маски ¦интенсивности

перемещение¦подвижный¦измеритель ¦ 1...100 мкм ¦ 0,1...10 мм ¦+_01 %¦

отражателя ¦отражатель ¦интенсивности

потери на ¦ВС, располо ¦измеритель

микроизги ¦женные между ¦интенсивности¦

бах ¦зубчатыми¦ ¦¦ ¦ ¦

пластинами ¦ ¦¦ ¦ ¦

управляемая¦близко распо¦измеритель

связь ВС ¦ложенные ВС ¦интенсивности

двулучепре¦механический ¦поляризацион¦ 1 нм¦ 0,01...10 мкм ¦ ¦

ломление ВС¦преобразова ¦ны馦 ¦ ¦

¦тель с закреп¦интерферомет𦦠¦ ¦

ленным не нем¦ ¦¦ ¦ ¦

ОВС¦ ¦¦ ¦ ¦

Окончание табл. 9

¦Величина ¦ Физический¦ Конструкция ¦Тип¦ Чувствительность ¦ Динамический ¦ Погрешность ¦

эффект, ¦ сенсора¦ датчика ¦ [пороговое ¦ диапазон¦ ¦

явление ¦ ¦ ¦ значение

интерферен¦перемещающее¦интерферометр¦ 1 нм ¦ 10 нм...100 м ¦ ¦

ция волн ¦ся зеркало ¦Майкельсона ¦¦ ¦ ¦

или призма ¦ ¦¦ ¦ ¦

полного внутреннего отражения

скорость ¦рассеяние ¦метка или мас¦частотомер ¦ ¦ 1 мкс/с...1 м/с¦ 5... 15 % ¦

линейная ¦излучения ¦ка на объекте¦или измери ¦¦(для жидкостей ¦ ¦

на регуляр¦ ¦тель¦¦0,01...10 м/с) ¦ ¦

¦¦ных неодно¦ ¦временных¦¦ ¦ ¦

¦¦родностях ¦ ¦интервалов ¦¦ ¦ ¦

¦¦эффект¦оптические ¦выделение¦ 3 мГц/(м7_0с)¦ 0,1 мкм/с... ¦ 0,1... 1 % ¦

¦¦Доплера¦бесконтактные¦частотного ¦¦ 100 м/с ¦ ¦

¦¦ ¦зонды ¦сдвига 覦 ¦ ¦

¦¦ ¦ ¦частотоме𠦦 ¦ ¦

¦¦рассеяние ¦два простран¦измеритель ¦ ¦1 мм/с...10 м/с ¦ 1... 5 % ¦

¦¦излучения ¦ственно ¦интенсивност覦 ¦ ¦

¦¦случайными ¦разнесенных ¦и коррелято𠦦 ¦ ¦

неоднородностями ¦измерителя ¦ ¦¦ ¦ ¦

излучения¦

объекта

скорость ¦эффект¦замкнутый¦кольцевой¦0,5 мкрад/с¦ ¦ ¦

угловая ¦Саньяка¦оптический ¦волоконный ¦¦ ¦ ¦

контур ¦интерферомет𦦠¦ ¦

кольцевой¦ 0,1...0,01 мкрад/с¦ ¦ ¦

волоконный резонатор

ускорение¦взаимосвязь¦эталонная¦интерферометр¦ 0,1...1 рад/(м с_52_0)¦ 0,1 мкм/с_52

силы, дейст¦масса, ¦ ¦ [0,1 мкс/с_52_0] ¦ 100 м/с_52 ¦ ¦

вующей на ¦соединенная ¦ ¦¦[10 Гц...10 кГц]¦ ¦¦ ¦

тело, с его¦с ВС

ускорением

Некогерентные ВОД механических величин используют, главным образом, изменение интенсивности света при распространении в системе передающий ВС контролируемый объект передающий ВС. По существу все эти ВОД измеряют перемещение, но к нему сводится много других величин. Для ВОД характерны два основных способа получения измерительной информации: рефлектометрического и проходящего типа.

Конструкция ВОД с фазовой модуляцией сложнее некогерентных ВОД, но чувствительность когерентных датчиков значительно выше.