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Princípio de funcionamento

Como é possível medir descargas atmosféricas? Como ocorrem sobretensões? Como as sobretensões entram em seus equipamentos e instalações? É possível que você também já tenha colocado estas questões. Nas seguintes páginas, você será informado de forma detalhada sobre o registro de descargas atmosféricas.

Estrutura da seção de medição

A seção de medição é composta por um meio transparente (dielétrico), com polarizadores ou filtros de polarização dispostos dos dois lados. A seção de medição está disposta de modo a formar na derivação um ângulo de 90° em relação à direção de fluxo da corrente. Deste modo, a direção de propagação de uma onda de luz na seção de medição é paralela em relação ao campo magnético do pico de corrente na derivação.

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Polarizadores

Polarizador linear  

Polarizador linear

Polarizadores ou filtros de polarização são elementos ópticos que provocam uma polarização. Nesse processo, as ondas eletromagnéticas são separadas através de absorção ou separação de raios em uma luz polarizada de forma linear, elíptica ou circular. Neste caso, a luz é polarizada de forma linear para a utilização do efeito Faraday. Isto significa que somente a luz com uma polarização linear passa através do filtro de polarização.

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Influência magnética do nível de polarização

Influência magnética do nível de polarização  

Influência magnética do nível de polarização

A onda de luz coloca os elétrons no dielétrico em oscilação. O campo magnético altera o movimento dos elétrons dentro do dielétrico. Com isso, é influenciado o nível de polarização da luz. Por princípio, o nível de polarização pode ser girado para qualquer direção.

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Efeito magneto-óptico no LM-S

O modelo gráfico exibe todos os elementos e fatores importantes do efeito magneto-óptico no sistema de medição de raios. Uma onda de luz Φ com uma intensidade luminosa é aproximada através de uma fibra óptica até à seção de medição.

O filtro de polarização P1 na entrada da seção de medição polariza a luz linear introduzida. A onda de luz polarizada desta forma coloca os elétrons no meio em oscilação e se movimenta no nível de polarização através do meio da seção de medição. O nível de polarização pode ser influenciado de forma magnética.

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O campo magnético de um pico de corrente gira o nível de polarização da onda de luz dentro do meio em volta do eixo longitudinal. O sentido de rotação depende da direção das linhas de campo magnéticas e, assim, da direção de fluxo da corrente. Por exemplo, os picos de corrente criam a partir de raios negativos e positivos linhas de campo magnéticas com diferentes orientações.

Quanto maior a corrente I, mais forte é o campo magnético B e também o ângulo de rotação β. O campo magnético B1 provoca uma rotação para a direita e o campo magnético B2 provoca uma rotação para a esquerda da onda de luz.

Na saída da seção de medição está disposto o segundo filtro de polarização linear P2 em um ângulo de 45° relativo ao filtro de polarização de entrada. Com isso, de uma onda de luz não influenciada, apenas 50% da quantidade de luz passa através do filtro de polarização de saída. Dependendo da rotação da onda de luz, o filtro de polarização de saída deixa passar mais ou menos luz. Deste modo, é criado um sinal de luz medível e analisável.

Resultado de medição e avaliação

Resultado de medição e avaliação  

Representação de princípio: alteração da quantidade de luz após o filtro de polarização de saída

Um raio positivo provoca uma rotação para a direita do sinal de luz polarizado. É aumentada a quantidade de luz após o segundo filtro de polarização, se situando entre 50 e 100%. Quando o ângulo de rotação do sinal de luz atinge 45°, isso corresponde a 100% do valor de medição de um raio positivo.

Um raio negativo provoca uma rotação para a esquerda do sinal de luz polarizado. É reduzida a quantidade de luz após o segundo filtro de polarização, se situando entre 50 e 0%. Quando o ângulo de rotação do sinal de luz atinge -45°, isso corresponde a 100% do valor de medição de um raio negativo.

É medida a quantidade de luz após o filtro de polarização de saída. A partir da evolução temporal são derivados os parâmetros típicos da corrente de pico de raio registrada. Se trata da intensidade máx. de corrente, da velocidade de crescimento da descarga atmosférica, bem como da carga e da energia específica.

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Fatores de influência

Os principais fatores de influência são o material do meio, o comprimento de onda da luz, o trajeto óptico através da luz, bem como a intensidade de campo magnético. Além disso, em seguida são explicadas as outras bases teóricas e os fatores de influência. Clique nos respectivos títulos para obter mais informações.

O vetor de campo elétrico E descreve a evolução e a posição da onda de luz influenciada. É representado em forma de seta (ver modelo gráfico).

Dielétrico é a designação para qualquer substância não metaloide com uma capacidade de condução elétrica fraca ou não condutora, e em que os portadores de carga não se costumam mover livremente. Pode se tratar de um gás ou de uma matéria sólida. Tipicamente, estas substâncias não são magnéticas e lhes são aplicados campos elétricos ou eletromagnéticos.

A constante de Verdet V corresponde à capacidade de rotação por unidade da densidade de fluxo magnético. Ela descreve a intensidade do efeito Faraday para o dielétrico a avaliar. O seu valor depende do comprimento das ondas eletromagnéticas no meio.

O ângulo de rotação β, em torno do qual gira o nível de polarização, é calculado conforme a fórmula:
 
                                                    β = V x d x B
 

d é o comprimento do trajeto da luz através do meio; B é a densidade de fluxo magnético e V é a constante Verdet.

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