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工作原理

如何测量雷电流?电涌电压是如何出现的?电涌电压如何出现在您的设备和系统中的?如果您希望得到这些问题的答案,那么下面的内容会详细介绍雷电流监测的相关信息。

测量装置的结构

测量装置包含透明介质(绝缘),透明介质的两端都装有偏振片或偏振滤光器。测量装置的安装位置与引下线内的电流方向呈90°。这样,测量装置中光波的传播方向与引下线内的电涌电流磁场平行。

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偏振片

线性偏振片  

线性偏振片

偏振片和偏振滤光器是能光线极化的光学元件。电磁波通过吸收或光束分离被分成线型、椭圆或圆偏振光。这种情况下,为了利用法拉第效应,光被线极化。这意味着只有线偏振光能通过偏振片。

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偏振面的磁效应

偏振面的磁效应  

偏振面的磁效应

光波导致电介质中的电子震荡。磁场改变了电介质中电子的运动。这进而影响了光的偏振面。一般而言,偏振面可以旋转至任何方向。

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LM-S中的磁光效应

图形模型显示了雷电监测系统中磁光效应的所有重要元素和变量。光强度经定义的光波Φ通过光纤导入测量装置中。

测量装置输入端的偏振滤光器P1将直射光进行线性极化。通过这种方式极化的光波导致介质中的电子通过偏振面的测量装置震荡和移动。这能对偏振面产生磁性影响。

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电涌电流的磁场在介质内将光波的偏振面围绕纵轴线旋转。旋转方向取决于磁场线的方向以及电流方向。如,从负闪到正闪的电涌电流建立不同方向的磁场线。

电流I越强,磁场B就越强,旋转β的角度也越大。光波在磁场B1中顺时针旋转,在磁场B2中逆时针旋转。

二次线性偏振滤光器P2位于测量装置的输出端,与输入偏振滤光器呈45°角。未受影响的光波中,只有50%的光会通过输出偏振滤光器。通过输出偏振滤光器的光的数量取决于光波的旋转。最终产生可评估的可测光信号。

测量结果和评估

测量结果和评估  

原理图:通过输出偏振滤光器的光数量的改变

正闪导致偏振光信号顺时针旋转。通过二次偏振滤光器的光的数量增加至50%到100%。当光信号旋转的角度达到45°时,正闪雷击的相应测量值为100%。

逆闪导致偏振光信号逆时针旋转。通过二次偏振滤光器的光的树胶增加至0%到50%。当光信号旋转的角度达到-45°时,负 闪雷击的相应测量值为100%。

通过输出偏振滤光器的光的数量会经测量。检测到的雷电涌电流的典型参数衍生自随时间增长的光数量。这些为最大安培数、极性、增长的雷电流速率、电荷和比能。

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影响变量

最重要的影响变量就是介质材料、光的波长、通过介质的光的长度以及磁场的强度。其它影响变量的理论原则在下文详细介绍。点击相应的标题获取更多信息。

电场矢量E描述了受影响光波的增长和位置。其通过箭头表示(见图形模型)。

电荷载体无法自由移动的较弱或非导电、非金属物质为电介质。电介质可以为气体、液体或固体。这些物质通常为非磁性的,或在电场或电磁场中会开始起作用。

费尔德常数V与磁通密度的单位旋转量相对应。费尔德常数V描述的是待评估的电介质的法拉第效应的强度。其数值取决于介质中电磁波的波长。

偏振面旋转的旋转β的角度通过以下公式计算:
 
                                                    β = V x d x B
 

d为通过介质的光的长度,B为磁通密度,V为费尔德常数。

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