ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ТОКА

Оптический датчик тока
Полезная модель относится к области магнитооптики, а именно к быстродействующим оптикоэлектронным устройствам, предназначенным для измерения электрического тока. Может быть использована в магнитометрии, для передачи и обработки оптической информации.
Известно устройство, содержащее магнитооптический активный элемент с подмагничивающей катушкой, при этом магнитооптический активный элемент имеет форму замкнутого магнитопровода, который выполнен в виде семиугольника, один из углов которого равен 90°, все остальные -135°. В ценре семиугольника выполнено прямоугольное отверстие, стороны которого параллельны четырем сторонам семиугольника 1. Недостатком данного устройства является низкая чувствительность линейно поляризованного света к магнитному полю, связанная с малой длиной пути на котором происходит поворот плоскости поляризации света в магнитном поле конструкции магнитооптического активного элемента.
Известно устройство, содержащее магнитооптический элемент, имеющий форму цилиндра. Одно из его оснований имеет форму конуса с углом при вершине равным 90° 2. Недостатком данного устройства является низкая чувствительность линейно поляризованного света к магнитному полю, которая объясняется малой длиной пути на котором происходит поворот плоскости поляризации света в магнитном поле предложенной конструкции магнитооптического элемента.
За прототип выбран оптический датчик тока 3, содержащий магнитооптический элемент, выполненный в форме многогранной прямой призмы на наружной поверхности одной из граней которой имеется площадка для входа и площадка для выхода светового луча, а остальные поверхности граней покрыты светоотражающим слоем, причем одна из
светоотражающих боковых граней радиально смещена относительно других светоотражающих поверхностей, и проводник с измеряемым током. В центре магнитооптического элемента выполнено круглое отверстие для проводника с током. Недостатком данного устройства является низкая чувствительность линейно поляризованного света к магнитному полю на пути в магнитооптическом элементе. Действительно, чтобы произвести измерения величины электрического тока в проводниках диаметром отличающихся от выполненного в центре отверстия, необходимо иметь оптический датчик тока с разными типоразмерами. Взаимодействие магнитного поля проводника и светового луча в магнитооптическом материале, результатом которого является изменение угла поворота плоскости поляризации света, происходит не по всей длине светового пути. Это происходит из-за ослабевания или полного отсутствия магнитного поля в пространстве на определенном расстоянии от проводника. Таким образом, сокращается длина пути, на котором происходит поворот плоскости поляризации света в магнитном поле предложенной конструкции магнитооптического элемента.
Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является увеличение угла поворота плоскости поляризации света в магнитооптическом элементе при воздействии магнитного поля за счет увеличения оптического пути, пройденного светом в магнитооптическом элементе.
Поставленная задача решается за счет того, что оптический датчик тока, содержащий магнитооптический элемент выполненный в форме многогранной прямой призмы, на наружной поверхности одной из граней -которой имеется площадка для входа и площадка для выхода светового луча, а остальные поверхности граней покрыты светоотражающим слоем и проводник с измеряемым током. В отличии от прототипа, проводник с измеряемым током намотан по боковой поверхности магнитооптического элемента на верхнем и нижнем торце которого выполнен ряд выступов в виде
равнобедренных треугольников с углом нри вершине 90°, причем вершины треугольников на верхнем торце лежат на одной прямой с впадинами треугольников на нижнем торце, а площадки для входа и выхода светового луча выполнены симметрично по краям на верхнем или нижнем торце магнитооптического элемента.
На фиг.1 изображена принципиальная схема заявляемого оптического датчика тока.
Заявляемый оптический датчик тока содержит многогранный магнитооптический элемент 1, на верхнем и нижнем торце которого выполнен ряд выступов 2 в виде равнобедренных треугольников, на поверхности которых нанесен светоотражаюш,ий слой 3, плош;адки для входа 4 и выхода 5 светового луча выполненные симметрично по краям на верхнем или нижнем торце магнитооптического элемента, и проводник с измеряемым током 6. Магнитооптический элемент 1 может быть выполнен из магнитооптических материалов приведенных в 4.
Заявляемый оптический датчик тока работает следующим образом.
Принцип действия оптического датчика тока основан на магнитооптическом эффекте Фарадея 5. Увеличение чувствительности оптического датчика тока зависит от увеличения угла поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света проходящего в магнитооптическом материале под действием магнитного поля проводника с током 5
где L - оптическая длина пути, проходимого светом в магнитооптическом материале; V - постоянная Верде; Н - напряженность магнитного поля. Линейно поляризованный луч света Ы попадает в магнитооптический элемент 1 проходя через поверхность 4, проходит по пути А, и падает на светоотражающую поверхность 3 под углом в 45° (см. фиг.1). Далее луч света отражается от нее под углом 90° и падает под углом 45° на
а  V Hdl/п
О J
светоотражающую поверхность В. Отражаясь от нее под углом в 90° луч света по пути, равном длине пути А, попадает на светоотражающую поверхность С. Таким образом, луч света выходит из магнитооптического элемента Фарадея через площадку для выхода 5, пройдя путь равный 1(1).
Повышается оптическая длина пути света в магнитооптическом элементе. За счет этого увеличивается угол поворота плоскости поляризации света а , а значит и чувствительность оптического датчика тока. Заявляемый оптический датчик тока технологичен, позволяет производить измерения магнитного поля, удобен в эксплуатации.
Формула изобретения
Оптический датчик тока, содержащий магнитооптический элемент, выполненный в форме многогранной прямой призмы на наружной поверхности одной из граней которой имеется площадка для входа и площадка для выхода светового луча, а остальные поверхности граней покрыты светоотражающим слоем и проводник с измеряемым током отличающийся тем, что проводник с измеряемым током намотан по боковой поверхности магнитооптического элемента, на верхнем и нижнем торце которого выполнен ряд выступов в виде равнобедренных треугольников с углом при вершине 90°, причем вершины треугольников на верхнем торце лежат на одной прямой с впадинами треугольников на нижнем торце, а площадки для входа и выхода светового луча выполнены симметрично по краям на верхнем или нижнем торце магнитооптического элемента.
Источники информации
1.Авторское свидетельство СССР №1337868, кл. G 02 F 1/09, 1971.
2.Патент США №5502373, кл. G 01 R 31/00, 1996.
3.Патент Германии №434209, кл. G 01 R 19/00, 1995. - Прототип.
4.Элементы и устройства на цилиндрических магнитных доменах: Справочник/ A.M. Балбашов, Ф.В. Лисовский, В.К. Раев и др.; Под ред. Н.П. Евтихиева, Б.П. Паумова. - М.: Радио и связь, 1987. - 488 с.: ил.
5.Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - 256 с.: ил.