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Principe de fonctionnement

Comment peut-on mesurer un courant de foudre ? D'où proviennent les surtensions ? Comment arrivent-elles dans vos appareils et installations ? Vous vous êtes probablement déjà posé ces questions. Les pages suivantes vous fourniront des informations détaillées concernant le domaine de l'acquisition du coup de foudre.

Montage du trajet de mesure

Le trajet de mesure se compose d'un matériau transparent (diélectrique), dont les deux faces comportent des polarisateurs ou des filtres polarisants. Le trajet de mesure est conçu de telle manière qu'il adopte un angle de 90 ° dans la dérivation pour le sens du courant. La direction de la propagation d'une onde lumineuse dans le trajet de mesure est donc parallèle au champ magnétique du courant de choc dan la dérivation.

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Polarisateurs

Polarisateur linéaire  

Polarisateur linéaire

Les polarisateurs, ou filtres polarisants, sont des composant optiques qui provoquent une polarisation. Les ondes électromagnétiques sont alors séparées, par absorption ou par séparation des rayons, en une lumière linéaire, elliptique ou polarisée circulaire. Afin d'utiliser l'effet Faraday, la lumière doit dans ce cas être polarisée linéairement. Cela signifie que seule de la lumière polarisée linéaire peut circuler à travers le filtre polarisant.

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Influence magnétique du niveau de polarisation

Influence magnétique du niveau de polarisation  

Influence magnétique du niveau de polarisation

L'onde lumineuse déplace les électrons dans le diélectrique en oscillant. Le champ magnétique modifie le mouvement des électrons au sein du diélectrique. Cela influe alors le niveau de polarisation de la lumière. Le niveau de polarisation peut en principe être orienté dans toutes les directions.

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Effet magnéto-optique dans le LM-S

Le modèle graphique indique tous les éléments essentiels ainsi que les dimensions de l'effet magnéto-optique dans un système de mesure de la foudre. Une onde lumineuse Φ comportant une intensité lumineuse définie est insérée au niveau du trajet de mesure à l'aide d'une fibre optique.

Le filtre polarisateur P1 situé à l'entrée du trajet de mesure, polarise de façon linéaire la lumière ayant été intégrée. L'onde lumineuse ainsi polarisée transporte les électrons dans le médium en oscillant, et se déplace jusqu'au niveau de la polarisation grâce au médium du trajet de mesure. Le niveau de polarisation peut être influencé magnétiquement.

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Le champ magnétique d'un courant de choc fait tourner le niveau de polarisation de l'onde lumineuse au sein du médium autour de l'axe longitudinal. Le sens de rotation dépend du sens des lignes de champ magnétiques, et donc du sens du courant. Les courants de choc provenant de foudres négatives et positives produisent par exemple des lignes de champ magnétiques dont le sens est différent.

Plus le courant I est élevé, plus le champ magnétique B est puissant, et donc plus l'angle de rotation β est également important. Le champ magnétique B1 provoque une rotation à droite, et le champ magnétique cause une rotation à gauche de l'onde lumineuse.

Au niveau de la sortie du trajet de mesure, le deuxième filtre linéaire polarisateur P2 est positionné à un angle de 45 ° par rapport au filtre polarisateur d'entrée. Seule 50 % de la quantité de lumière à travers le filtre polarisateur de sortie provient donc d'une onde lumineuse n'étant pas influencée. En fonction de la rotation de l'onde lumineuse, le filtre polarisateur de sortie laisse passer plus ou moins de lumière. Cela aboutit à la formation d'un signal lumineux pouvant être mesuré et évalué.

Résultat de mesure et évaluation

Résultat de mesure et évaluation  

Représentation du principe : modification de la quantité de lumière présente derrière le filtre polarisateur de sortie

Une foudre positive peut causer une rotation à droite du signal lumineux polarisé. La quantité de lumière présente derrière le deuxième filtre polarisateur augmente, et s'élève entre 50 et 100 %. Lorsque l'angle de rotation du signal lumineux atteint 45 °, cela correspond à 100 % de la valeur mesurée d'une foudre positive.

Une foudre négative peut à l'inverse causer une rotation à gauche du signal lumineux polarisé. La quantité de lumière présente derrière le deuxième filtre polarisateur diminue, et va de 50 à 0 %. Lorsque l'angle de rotation du signal lumineux atteint -45 °, cela correspond à 100 % de la valeur mesurée d'une foudre négative.

On mesure la quantité de lumière qu'il y a derrière le filtre polarisateur de sortie. À partir du déroulement chronologique de la quantité de lumière, on en déduit les paramètres typiques s'appliquant au courant de choc lié à la foudre foudre ayant été relevé. Ce sont les intensités de courant maximales, la transconductance du courant de foudre, ainsi que la charge et l'énergie spécifique.

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Grandeurs d'influence

Les grandeurs d'influence les plus importantes sont le matériau du médium, la longueur d'ondes de la lumière, la longueur du trajet de la lumière à travers le médium, ainsi que l'intensité du champ magnétique. De plus, d'autres bases et grandeurs d'influence théoriques sont précisées par la suite. Cliquez sur chacun des titres pour en apprendre plus.

Le vecteur de champ électrique E indique le déroulement et la position de l'onde lumineuse étant influencée. Il est représenté par une flèche (voir modèle graphique).

Toutes les substances non-métalliques, non conductrices ou faiblement conductrices d'électricité sont considérées comme un diélectrique, dont les porteurs de charge ne peuvent en général pas se mouvoir librement. Il peut ici s'agir d'un gaz, d'un liquide ou d'un élément solide. Ces substances sont démagnétisées de façon classique et sont activées par des champs électriques ou électromagnétiques.

La constante de Verdet V correspond à la capacité de rotation par unité des densités de flux magnétiques. Elle représente l'intensité de l'effet Faraday pour le diélectrique à évaluer. Sa valeur dépend de la longueur d'ondes des ondes électromagnétiques présentes dans le médium.

L'angle de rotation β, autour duquel tourne le niveau de polarisation, se calcule comme suit :
 
                                                    β = V x d x B
 

d est la longueur du trajet de la lumière à travers le médium, B la densité de flux magnétique, et V la constante de Verdet.

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