Способ измерения напряженности электрического поля
Изобретение относится к электрооптике и служит для повышения точности измерения напряженности электрического поля. Линейно поляризованный свет модулируют по фазе и пропускают через электрооптическую среду Амплитуду фазовой модуляции выбирают равной или большей, чем максимальный поворот плоскости поляризации, вызываемый измеряемым полем. Анализируют прошедший свет и регистрируют длительность выходных сигналов, заключённых в каждом периоде фазовой макч™ пуляции. По длительности судят о напряженности , а по соотношению длительностей - о направлении электрического поля. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИН
8% (И) А1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ И ОТНРЫТИЙ К ABT0PCH0IVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3784209/24-21 (22) 25,08.84 (46) 07.06.88. Бюл. У 21 (75) О.Л.Сокол-Кутыловский (53) 621.317.62(088.8) (56) Европейская заявка Ф 067683, кл. С 01 R 15/03, 1982. Авторское свидетельство СССР И 1019343, кл, G 01 R 15/07, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ НАПРЯЖЕННОСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПОЛЯ (57) Изобретение относится к электрооптике и служит для повышения точности измерения напряженности злектрического коля. Линейно поляризованный свет модулируют по фазе и пропускают через электрооптическую среду. Амплитуду фазовой модуляции выбирают равной или большей, чем максимальный поворот плоскости поляризации, вызываемый измеряемым полем. Анализируют прошедший свет и регистрируют дли.тельность выходных сигналов, заключенных в каждом периоде фазовой манипуляции. По длительности судят о напряженности, а по соотношению длительностей — о направлении электрического поля, 3 ил 1401406 Изобретение относится к электрооптике и может быть использовано при измерении напряженности электрического поля. Цель изобретения — повышение точности измерения напряженности электрического поля. Сущность способа заключается в том, что линейно поляризованный световой поток модулируют по фазе и пропускают через электрооптическую среду, при этом амплитуду оптической фазовой модуляции выбирают равной или большей, чем максимальный поворот плоскости поляризации, вызываемый измеряемым электрическим полем, анализируют прошедший свет, формируют разность выходных электрических сигналов и регистрируют длительность положительных и отрицательных значений сигнала разности, заключенных в каждом периоде оптической фазовой манипуляции. По их длительности судят о нап-. ряженности, а по соотношению длитель- 2 ностей — о направлении измеряемого электрического поля. Оптическая фазовая манипуляция разворачивает во времени угол поворота плосхости поляризации света от от- ЗО рицательного угла, соответствующего напряженности максимального отрицательного электрического поля — Е„ до максимального положительного угла, соответствующего полю Е„. При этом каждый период фазовой модуляции делится на два временных отрезка Г, и В отсутствие измеряемого поля эти отрезки равны. При воздействии электрическим полем.на электрооптическую среду последняя вызывает поворот плоскости главной оси эллипса поляризации прошедшего света, причем угол поворота пропорционален напряженности электрического поля в случае эффекта Поккельса и квадрату напряженности в случае эффекта Керра. Измеряемое электрическое поле Е вызывает сдвиг момента деления выходного сигнала. Этот сдвиг пропорционален измеряемому полю и его можно фиксировать, измеряя временные интервалы 9, и 7 или измеряя разность амплитуд выходных сигналов в каждом периоде фазовой модуляции. При осуществлении второго варианта55 способа модулируют по фазе линейно поляризованный световой поток и пропускают его через электрооптическую среду. Амплитуду фазовой модуляции выбирают равной илн большей, чем максимальный поворот плоскости поляризации, вызываемый измеряемым электрическим полем, анализируют прошедший свет и регистрируют разность амплитуд выходных сигналов, заключенных в каждом периоде фазовой модуляции. По абсолютной величине разности судят о напряженности, а по знаку разности.— о направлении измеряемого электрического поля ° На фиг.1 показано устройство для реализации предлагаемого способа, на фиг.2 — временная диаграмма, иллюстрирующая способ; на фиг.3 - вариант выполнения электронного блока устройства. Устройство для реализации способа содержит последовательно связанные оптически источник света, например оптический квантовый генератор, поляризатор 2, оптический фазовый модулятор 3, чувствительный электрооптический элемент 4, помещенный в область измеряемого поля, компенсатор 5, анализатор б, в качестве которого использована призма Волостона, с выходами которой оптически соединены фотоприемники 7, подключенные на вход электронного блока 8. С входом блока 8 связан первый выход блока 9 управления, второй выход которого соединен с управляющими входом оптического фазового модулятора. Электронный блок 8 может содержать компаратор 10 напряжения, счетчик. 11 импульсов и генератор 12. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Световой поток, излучаемый оптическим квантовым генератором 1, проходит через поляризатор 2 и модулируется оптическим фазовым модулятором 3. Модулированный сигнал проходит через электрооптический элемент 4, который поворачивает плоскость главной оси эллиптически поляризованного ° света пропорционально измеряемому полю. Далее световой поток проходит через компенсатор 5, а анализатором 6 световой поток делится на две составляющие с взаимно ортогональной поляризацией, которые попадают на соответствующие фотоприемники 7, включенные в балансный блок фоторегистрации. Сигнал разбаланса регистрируется электронным блоком 8. Блок 9 управле55 Ц 2N Е =- — (— — 1); 21 fT Я2 = — (— — 1) В» 2N 21 fT 3 140140 ния задает временной закон изменения поляризации. Способ иллюстрируется временными диаграммами (фиг.2). Диаграммы а-з соответствуют случаю, когда измеряе5 I мое поле Е„= О, диаграммы а -з отличному от нуля измеряемому полю Ех В случае Е „= 0 сигнал модуляции имеет пилообразную форму (диагр, а). Так как кроме модуляции нет никаких воздействий на поворот плоскости по,ляризации света, проходящего через оптическую систему,. то и угол поворо- 15 та плоскости поляризации следует закону модуляции (диагр. 6). При этом. анализатор расположен так, что при отсутствии. модуляции интенсивности прошедших через анализатор составляющих равны. При модуляции момент равенства интенсивностей прошедших анализатор лучей с взаимно ортогональными векторами поляризации соответствует прохождению через нуль моду- 25 лирующего сигнала. При этом в начальный момент модуляции интенсивность первого луча минимальна, второго— максимальна. В конечный момент периода модуляции ситуация противоположна (диагр. в, г}. Далее выделяется разность сигналов фотоприемников, соответствующая разности интенсивностей I и I прошедших .через анализатор составляющих. Разность сигналов (диагр. д) фотоприемников повторяет 35 сигнал модуляции и обращается в "нуль" в тот же момент времени, что и сигнал модуляции, т.е. на половине периода. В случае Е Ф 0 на угол поворота плоскости поляризации, кроме сигнала ,модуляции, вследствие электрооптического эффекта воздействует измеряемое поле E Поэтому поворот плоскости 45 поляризации уже не следует закону модуляции (диагр. а ), а оказывается смещенным на величину угла, на который повернулась плоскость поляризации под действием измеряемого поля (диагр. б ). Интенсивности прошедщих через анализатор лучей определяются I с помощью закона Малюса (диагр. в г } для случая, когда измеряемое I электрическое поле поворачивает плоскость поляризации света на угол /8 рад. Как видно из диаграммы д, разность интенсивностей прошедших через 4 анализатор лучей и соответствующая ей разность сигналов фотоприемников делят период модуляции на временные отрезки, величина которых пропорциональна величине измеряемого электрического поля. Момент деления периода модуляции на заключительном этапе (диагр. д ) эквивалентен моменту прохождения через "нуль" угла поворота I плоскости поляризации на диаграмме 6 . Диаграммы е, ж, з, е, ж, з относятся к примеру реализации способа при выполнении электронного блока 8 согласно схеме на фиг.3. Диаграмма е иллюстрирует работу компаратора 10 напряжения, вход которого соединен с выходом балансного блока фоторегистрации, а выходной сигнал которого управляет счетчиком 11, счетный вход которого соединен с генератором 12, вырабатывающим фиксированную частоту (диагр. ж). В результате этого временной интервал преобразуется в число импульсов фиксированной частоты, которое также пропорционапьно измеряемому электрическому полю Ег . В случае линейного электрооптического эффекта Поккельса формула для определения напряженности измеряемого электрического поля имеет вид " Ì"à ( с- ат х 21 у+у а в случае квадратичного электрооптического эффекта Керра В» Ег с " (Л) г 21 Г, + .7 где Б — полуволновое напряжение материала; 1 — длина оптического пути в материале, . 9,, 9 — временные интервалы, на которые делится период модуляции; В„ — постоянная Керра материала. При преобразовании временного интервала в число импульсов, как это имеет место в устройстве, реализующем способ, формулы преобразуются следующим образом 01406 Фор мул а 5 14 где К вЂ” число импульсов, соответствующее интервалу 7, — частота кварцевого генератора, Т вЂ” период модуляции, равный У, +T. Таким образом, при реализации способа по первому варианту электронный блок 8 регистрирует времена разбаланса в каждом периоде фазовой модуляции, причем эти времена пропорциональны напряженности измеряемого электрического поля, а соотношение этих времен, заключенных в каждом периоде фазовой модуляции, позволяет определить направление измеряемого поля. При реализации способа по второму варианту электронный блок 8 регистрирует постоянную составляющую выходного сигнала, величина которого пропорциональна напряженности измеряемого электрического поля, а знак указывает направление измеряемого поля. Способ позволяет снизить погрешс ность, обусловленную нестабильностью источника излучения и фотоприемника, обеспечивает представление. результата в цифровом виде, что повышает точность и упрощает обработку результатов измерений. изобретения Способ измерения напряженности электрического поля, заключающийся в том, что линейно поляризованный световой поток пропускают сквозь электрооптическую среду, находящуюся в области измеряемого электрического поля, выделяют из потока на выходе из электрооптической среды составляющие с взаимно ортогональной поляризацией и преобразуют составляющие светового потока с взаимно ортогональной поляризацией в выходной электрический сигнал, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, линейно поляризованный световой поток модулнруют по среде с амплитудой модуляции, превышающей максимальный поворот вектора поляризации под действием измеряемого электрического поля, находят разность выходных электрических сигналов, полученных рб преобразованием составляющих светового потока с взаимно ортогональной поляризацией, регистрируют длительности положительного и отрицательного значений разности выходных электри3О ческих сигналов и по ним судят о величине и направлении измеряемого поля. 140 140б d с Составитель В.Степанкин Техред И.Верес Корректор В.Бутяга Редактор П.Гереши Заказ 278 1/45 Тирах 772 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раутская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4
