С. Такетоми, С. Тикадзуми - Магнитные жидкости (1163253), страница 17
Текст из файла (страница 17)
На рис. 4.7 показана зависимость между интенсивностью проходящего света ! и напряженностью магнитного поля Н. При заданной напряженности магнитного поля Н интенсивность проходящего света 1 может быть однозначно определена. Ниже излагаются способы практического использования зтого свойства. 1,0 50 гу, кАг'н Рис.
4Л. Зависимость маншу напраженностью внешнего мапштного попа Н и интенсивностью пропушениого света Х Глава 4 106 4.3. ДАТЧИК МАГНИТНОГО ПОЛЯ ~4,51 Приведенная на рис. 4.7 зависимость соответствует случаю, когда в установке на рис. 4.4 плоскости поляризации поляризатора н анализатора повернуты относительно оси у на углы 45 и 135' соответственно. Величина ! — монотонно возрастающая зрункцня Н, и поэтому определенному значению приложенного поля Й соответствует некоторая югтенсивность прошедшего света. На основе этого свойства можно создать датчик магнитного поля. Другими слонами, измеряя интенсивность прошедшего света при воздействии магнитного поля, напряженность которого неизвестна, можно определить значение напряженности поля.
На рис. 4.8 показана конструкция такого датчика. Свет источника последовательно проходит через оптическое волокно, собираюгцую линзу, поляризатор н попадает на тонкую пленку магнитной жилкости. Под действием внешнего магнитного поля в слое магнитной жидкости происходит двойное лучепреломление. Плоскости поляризации анализатора и поляризатора располагаются перпендикулярно друг другу. Поэтому интенсивйость света, пропущенного анализатором, изменяется, как показано на рис.
4.7. Иначе говоря, по мере увеличения напряженности измеряемого магнитного поля происходит рост интенсивности прошедшего света. Пропущенный через тонкую пленку магнитной жидкости свет последовательно проходит через анализатор, собирающую линзу, Рнс. 4 К датенк магнитного поля. à — оптнееское волокно; 2 — измеряемое магнитное воле Н; 3 — линза; 4 — анализатор; З вЂ” тонкая пленка магнитной жнлкости 6 — 4юто- прнсмннк; 7 — источник свези," р — поляризатор. Ю7 Магнитооптический зфеект оптическое волокно и попадает на фотоэлемент, где измеряется его интенсивность.
При заранее выполненной калибровке результат измерений позволяет определить напряженность внешнего магнитного поля, которое прикладывается к магнитной жидкости. Поскаль. ку магнитное двойное лучепреломление в тонкой пленке магнитной жидкости проявляется очень сильно, сигнал с фотоэлемента может быть подан на измерительньгй прибор непосредственно, без предварительного усиления.
Кроме того, благодаря применению волоконной оптики такой датчик является помехозащищенным. На этом принципе могут быть созданьг высококачественные датчики магнитного поля, которые дешевле традиционных, а на их основе — амперметры бесконтактного типа. 4.4. ОПТИЧЕСКИЙ ЗгтТВОР, ОПТИЧЕСКИЙ МОДУЛЯТОР ~61 В предыдущем разделе был описан датчик магнитного поля, позволяюший определить магнитное поле путем измерения интенсивности пропущенного света, а в данном разделе, наоборот, излагается принцип регулирования интенсивности пропущенного света с помощью прикладываемого магнитного поля. В соответствии с этим принципом могут быть изготовлены оптические затворы и оптические модуляторы.
На рис. 4.9 показана принципиальная схема. С помошью электромагнита к тонкой пленке магнитной жидкости прикладывается магнитное поле. С обеих сторон пленки магнитной жилкости расположены поляризатор и анализатор, у которых плоскости поляризации света взаимно перпендикулярны. Предположим, что через эту систему проходит свет. Если обмотки электромагнита обесточены и магнитное поле отсутствует, свет полностью задерживается, однако при замыкании электрического пере- гуареялюигяияе Рис.
4.9. Оптический за гиор и оптический модулятор. 1 — поляризатор; 2 — электромагнит, "3 — тонкая пленка магнитной асидкосги; 4 — анализатор. Глава 4 ключателя появляется магнитное поле и свет начинает проходить через устройство. На этом принципе основана работа оптического затвора. Поскольку время появления магнитооптического эффекта в магнитной жидкости очень мало и составляет 10-7 с,на этом явлении могут быть созданы быстродействующие затворы.
Если использовать переменный ток для питания электромагнита, то в течение секунды можно реализовать множество срабатынаний затвооа. Поскольку здесь отсутствуют механические подвижные части, как в затворах фотоаппаратов, обслуживание устройства очень простое. По мере роста приклцпываемого ма~нитного поля увеличивается интенсивность пропускаемого света. Это означает, что путем регулирования тока в обмотке электромагнита с помощью потенциометра можно регулировать интенсивность света. Если промодулировать питающий ток, то интенсивность пропущенного света также окажется модулированной, т.
е. получится оптический модулятор. Путем размещения с обеих сторон тонкой пленки магнитной япщкости поляризационных светофильтров можно получить подобие жидкокристаллического индикатора 1ЖКИ). В отличие от ЖКИ, который реагирует на электрическое напряжение, магнитожидкостный индикатор будет срабатывать прн наложении магнитного поля.
4.5. ОПТИЧЕСКИЙ СТАБИЛИЗАТОР Известны вещества, не пропускающие свет с интенсивностью ниже определенного значения, но которые становятся прозрачными при более высокой интенсивности падающего света. Наоборот, при последующем уменьшении интенсивности падающего света ниже порогового значения вещество снова перестает быть прозрачным. Это явление иллюстрируется на рнс. 4.10. Сначала кратко поясним его суть. По горизонтальной оси на графике отложена интенсивность палаюшего света Те, по вертикальной — интенсивность пропущенного света Е По мере увеличения )в, начиная с нулевой, в точке А происходит быстрый переход в точку В, и вещество становится прозрачным.
При последующем уменьшении интенсивности света в точке О происходит быстрый перехол в точку Е, где вещество становится непрозрачным. Эти переходы сопровождаются гистерезисом. Подобное явление носит название оптической стабилизации, в последнее время оно привлекает внимапне исследователей )7]. Возможно следующее практическое применение ланного явления. На участках ОЕА и ОВС на рис.
4.10 интенсивность пропущен- Ма.нитсоптпческнй эффект Рнс. 4.10. Явление оптической стабнлпзапии. ного света практически не зависит от интенсивности падающего света. С учетом этого обстоятельства может быть предложено устройство лля стабилизации лазерного излучения на участке ОВС. Кроме того, эта характеристика может быть использована в оптических запоминающих устройствах вычислительных машин. Запоминание информации можно выполнить, присвоив участку ОЕА значение 0 1либо 1), а участку ЮВС вЂ” значение 1 (либо 0). Такое же явление оптической стабилизации может быть реализовано с помощью рассмотренных выше тонких пленок магнитной жидкости. На рис.
4.11 приведена структурная схема устройства оптической стабилизации. До участка выхода света из анализатора она соответствует схеме на рис. 4.9. Затем с помощью делительиой пластины часть пучка направляется на фотоэлемент б. Фотоэле- /7а»Ь» ущ»ян»щ »»»т Рис. 4.1!. Устройство лля оптической снабнляз юии с змпользоваанем матнитиой жалкости. У вЂ” - поляризатор; 2 — тонкая пленка язв»нитной жилкостн; 3 — злектромап~нт; » — аналюатор; 5 — лелнтельная пласинна: о - фотоикмент; 7 — лпфференпиальпый усилитель; а — усилитель мопзности. 1Ш Глава 4 мент вырабатывает напряжение У, пропорциональное интенсивности пропущенного света /; разность между этим напряжением и опорным напряжением Уо усиливается усилителем мощности„который регулирует ток в обмотке электромагнита.
При малых интенсивностях падающего света /о через анализатор свет почти не проходит и ток в обмотках электромагнита также равен нулю. При определенной интенсивности падающего света т'„на фотоэлемент начинает поступать свет, в обмотках электромагнита протекает ток и создается магнитное поле. Благодаря этому в тонкой пленке магнитной жидкости возникает эффект двойного лучепреломления, на фотоэлемент поступает сигнал повышенной интенсивности и магнитное поле также усиливается. В результате интенсивность пропущенного света лавинообразно нарастает. Описанная выше обратная связь срабатывает мгновенно, и, следовательно, происходит переход иэ точки А в точку В на рис. 4.10. При дальнейшем нарастании интенсивности падающего света / интенсивность пропущенного света / практически не увеличивается.
Это объясняется следующими причинами. Из формулы (4.1) вытекает следующая приближенная зависимость интенсивности пропущенного света! от разности фаэ д: (4.2) Г ~ /оз(п (д/2) При увеличении напряженности магнитного поля выше того значения, при котором разность фаз д между обыкновенной и необыкновенной волнами, выходящими из тонкой пленки магнитной жидкости, становится больше я, в соответствии с формулой (4.2) интенсивность пропущенного света при заданном (о начинает убывать.
Поэтому, несмотря на увеличение интенсивности пшгаюшего свет» ~, интенсивность пропущенного света 1 почти не увеличивается, Обсудим теперь причины возникновения гисгерезиса. В системах, структура которых подобна приведенной на рис. 4,11, между интенсивностью пропущенного света / и разностью фаз д выполняется соотношение /'~ + до" (4.3) Здесь /г, д„— положительные константы. Обозначим отношение / к lо через т: т = 1//о.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
