JavaScript ei ole käytössä selaimessasi. Aktivoi JavaScript, jotta voit käyttää kaikkia sivuston toimintoja.

Toimintaperiaate

Miten salamavirtaa voi mitata? Miten ylijännitteet syntyvät? Miten ylijännitteet pääsevät laitteisiin ja laitteistoihin? Olet ehkä jo joskus pohtinut näitä kysymyksiä. Seuraavilta sivuilta saat kattavaa tietoa salamavirran mittauksesta.

Mittausvälin rakenne

Mittausväli koostuu läpinäkyvästä väliaineesta (eristeestä), jonka molemmille puolille on sijoitettuina polarisaattoreita tai polarisaatiosuodattimia. Mittausväli on sijoitettu niin, että se muodostaa sähkövirran suuntaan 90° kulman johdossa. Näin valoaallon etenemissuunta on mittausvälillä samansuuntainen syöksyvirran magneettikentän kanssa.

Takaisin ylös

Polarisaattorit

Lineaarisesti vaikuttavat polarisaattorit

Polarisaattorit tai polarisaatiosuodattimet ovat optiikkaelementtejä, jotka saavat aikaan polarisaation. Silloin sähkömagneettiset aallot erotetaan absorbtiolla tai säteenosituksella lineaarisesti, elliptisesti tai pyöreästi polarisoiduksi valoksi. Faraday-ilmiön hyödyntämiseksi valo polarisoidaan tässä tapauksessa lineaariseksi. Se tarkoittaa, että vain lineaarisesti polarisoitu valo pääsee polarisaatiosuodattimen läpi.

Takaisin ylös

Polarisaatiotason muuttaminen magneettisesti

Valoaalto saa eristeen elektronit värähtelemään. Magneettikenttä muuttaa elektronien liikkeen eristeessä. Näin vaikutetaan valon polarisaatiotasoon. Polarisaatiotason voi periaatteessa kääntää mihin tahansa suuntaan.

Takaisin ylös

Magneto-optinen ilmiö LM-S:ssä

Graafinen malli näyttää magneto-optisen ilmiön kaikki olennaiset elementit ja suureet salamavirran mittausjärjestelmässä. Valonvoimakkuudeltaan tietynlainen valoaalto Φ viedään valokaapelia pitkin mittausväliin.

Polarisaatiosuodatin P1 polarisoi syötetyn valon mittausvälin tulossa lineaariseksi. Näin polarisoitu valoaalto saa väliaineessa olevat elektronit värähtelemään ja liikkuu polarisaatiotasolla mittausvälin väliaineen kautta. Magnetismi vaikuttaa polarisaatiotasoon.

Takaisin ylös

Syöksyvirran magneettikenttä kääntää valoaallon polarisaatiotasoa väliaineessa pitkittäisakselin verran. Kiertosuunta on riippuvainen magneettisten kenttäviivojen suunnasta ja siten sähkövirran suunnasta. Syöksyvirrat tuottavat esimerkiksi negatiivisista ja positiivisista salamoista eri tavoin suunnattuja magneettisia kenttäviivoja.

Mitä suurempi on sähkövirta I, sitä voimakkaampi on magneettikenttä B ja sitä suurempi on kiertokulma β. Magneettikenttä B1 kääntää valoaallon oikealle ja magneettikenttä B2 vasemmalle.

Mittausvälin lähtöön on sijoitettuna toinen lineaarinen polarisaatiosuodatin P2 45° kulmaan suhteessa tulon polarisaatiosuodattimeen. Näin vaikuttamattomasta valoaallosta vain 50 % menee lähdön polarisaatiosuodattimen läpi. Valoaallon kiertosuunnasta riippuen lähdön polarisaatiosuodatin päästää enemmän tai vähemmän valoa läpi. Näin syntyy mitattava ja analysoitava valosignaali.

Mittaustulos ja sen analysointi

Periaatteen kuvaus: Valomäärän muutos lähdön polarisaatiosuodattimen jälkeen

Positiivinen salama kääntää polarisoidun valosignaalin oikealle. Valon määrä lisääntyy toisen polarisaatiosuodattimen jälkeen ja on 50 - 100 % välillä. Kun saavutetaan valosignaalin kiertokulma 45°, se vastaa positiivisen salaman 100 % mittausarvoa.

Negatiivinen salama kääntää polarisoidun valosignaalin vasemmalle. Valon määrä vähenee toisen polaarisaatiosuodattimen jälkeen ja on 50 - 0 % välillä. Kun saavutetaan valosignaalin kiertokulma -45°, se vastaa negatiivisen salaman 100 % mittausarvoa.

Valon määrä mitataan lähdön polarisaatiosuodattimen jälkeen. Mitatun salamaniskuvirran tyypilliset parametrit johdetaan valomäärän ajallisesta kulusta. Niitä ovat maksimi virranvoimakkuus, salamavirran nousunopeus sekä varaus ja erityinen energia.

Takaisin ylös

Vaikutussuureet

Tärkeimpiä vaikutussuureita ovat väliainemateriaali, valon aallonpituus, valon kulkupituus väliaineen läpi sekä magneettikentän voimakkuus. Lisäksi seuraavassa on selitys muista teoreettisista perusteista ja vaikutussuureista. Saat lisätietoa klikkaamalla kutakin otsikkoa.

Sähkökenttävektori E kuvaa vaikutetun valoaallon kulkua ja asemaa. Se esitetään nuolena (katso graafinen malli).

Eriste tarkoittaa kaikkia heikosti sähköä johtavia tai johtamattomia ei-metallisia aineita, joiden varauksenkantajat eivät yleisesti ole vapaasti liikkuvia. Sellainen voi olla kaasu, neste tai kiintoaine. Nämä aineet eivät yleensä ole magneettisia ja ne kuormitetaan sähköisillä tai sähkömagneettisilla kentillä.

Verdet-vakio V vastaa kääntyvyyttä magneettisen virtaustiheyden yksikköä kohti. Se kuvaa Faraday-ilmiön voimakkuutta arvioitavalle eristeelle. Sen arvo on riippuvainen väliaineen sähkömagneettisten aaltojen aallonpituudesta.

Kiertokulma β, jonka ympäri polarisaatiotaso pyörii, lasketaan kaavalla:

β = V x d x B

d on valon matkan pituus väliaineen läpi, B magneettinen virtaustiheys ja V Verdet-vakio.

Takaisin ylös

Takaisin

Tekniikka

Käyttöalue

Lisätietoa