Магнитострикционные датчики

image146

В магнитострикционных волоконно-оптических датчиках магнитного поля для измерения зависящей от магнитного поля деформации в чувствительных элементах (магнитострикции) применяются волоконные интерферометры. Представлена базовая схема интерферометра Маха-Цендера, включающего в себя магнитострикционный элемент, подсоединенный к волокну длиной L в одном из плеч интерферометра. (Дано подробное описание принципов работы волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера.) Если деформация вещества е зависит от общего приложенного внешнего магнитного поля Н, зависящий от поля сдвиг фазы ф(Н), возникающий в интерферометре, определяется как равно 0,78 и п = 1,46, в результате чего получается п£ = 1,14. Не вся деформация, сформировавшаяся в магнитострикционном элементе, передается в сердцевину оптического волокна, поскольку в области сопряжения между волокном и материалом всегда присутствуют потери. Сколько именно деформации передается, зависит от типа и толщины связывающего вещества, используемого для соединения волокна с магнитострикционным материалом, типа материала, покрывающего волокно, и частоты возмущения. В общем случае эффективность передачи деформации рассчитать точно достаточно сложно. В некоторых простых случаях она измерена, однако типичные значения для одномодового волокна с покрытием и эпоксидным клеем лежат в диапазоне 0,3 г 0,9.

Магнитострикция. Большинство ферромагнитных материалов обладает свойством магнитострикции, и для большинства материалов величину магнитострикции можно вычислить по формуле е = СН2.

Это уравнение описывает так называемую «модель когерентного вращения», которая применима только при выполнении набора условий. В модели когерентного вращения предполагается, что вещество обладает одноосной магнитной анизотропией, и определяется ось легкого намагничивания, характеризующаяся полем анизотропии На то есть в отсутствие внешнего приложенного магнитного поля магнитные моменты направлены в положительную или в отрицательную сторону вдоль поля анизотропии — «легкая ось». Эта анизотропия обычно является результатом локальной атомной конфигурации вблизи момента (анизотропия кристаллической структуры), но также зависит от макроскопической формы образца (анизотропия формы). Сила поля анизотропии определяет, насколько сильно «привязаны» моменты к направлению легкой оси. Все моменты в образце не просто направлены в одном и том же направлении вдоль легкой оси. Вместо этого магнитостатическая энергия образца как целого минимизируется доменной структурой, в которой легкая ось располагается в плоскости полос и перпендикулярно направлению приложенного поля. Под воздействием приложенного поля моменты поворачиваются когерентно в направлении поля.

См. также:  Гидрофоны с решетками