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Funzionamento

In che modo è possibile misurare le correnti atmosferiche? Come si formano le sovratensioni? Come raggiungono apparecchiature e impianti? Probabilmente vi sarete già posti queste domande. Nelle prossime pagine troverete maggiori informazioni sul rilevamento della corrente atmosferica.

Costruzione del tratto di misura

Il tratto di misura consiste in un mezzo trasparente (dielettrico), con polarizzatori disposti su entrambi i lati. Il tratto di misura è disposto in modo tale da occupare un angolo di 90° in base alla direzione del flusso di corrente nella scarica di ritorno. In questo modo il vettore d'onda di un segnale luminoso nel tratto di misura si trova in posizione parallela al campo magnetico della corrente impulsiva nella derivazione.

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Polarizzatori

Polarizzatore lineare  

Polarizzatore lineare

I polarizzatori sono elementi ottici che determinano una polarizzazione. In questo modo le onde elettromagnetiche vengono separate attraverso assorbimento o divisione di fascio in luce con polarizzazione lineare, ellittica o circolare. Per utilizzare l'effetto Faraday, in questo caso la luce viene polarizzata linearmente. Ciò significa che solo la luce con polarizzazione lineare arriva al polarizzatore.

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Influenza magnetica sul livello di polarizzazione

Influenza magnetica sul livello di polarizzazione  

Influenza magnetica sul livello di polarizzazione

Il segnale luminoso sposta gli elettroni nel dielettrico con oscillazioni. Il campo magnetico modifica il movimento degli elettroni all'interno del dielettrico, influenzando in tal modo il livello di polarizzazione della luce. In linea di massima, il livello di polarizzazione può ruotare in qualsiasi direzione.

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Effetto magneto-ottico nell'LM-S

Il modello grafico mostra tutti gli elementi essenziali e l'entità dell'effetto magneto-ottico nel sistema di misurazione della corrente atmosferica. Una luce Φ con intensità luminosa definita viene avvicinata attraverso una fibra ottica al tratto di misura.

Il polarizzatore P1 di ingresso del tratto di misura polarizza linearmente la luce fornita. La luce polarizzata sposta gli elettroni nel mezzo tramite oscillazioni e si muove sul livello di polarizzazione attraverso il mezzo del tratto di misura. In questo modo viene esercitato un influsso magnetico sul livello di polarizzazione.

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Il campo magnetico di una corrente impulsiva ruota il livello di polarizzazione della luce all'interno del mezzo intorno all'asse longitudinale. La direzione di rotazione dipende dalla direzione delle linee di campo magnetico e, quindi, dalla direzione del flusso di corrente. Ad esempio, le correnti impulsive di cariche positive e negative generano linee di forza del campo magnetico orientate in modo diverso.

Più forte è la corrente I, più forte è il campo magnetico B e anche l'angolo di rotazione β. Il campo magnetico B1 determina una rotazione verso destra e il campo magnetico B2 una rotazione verso sinistra della luce.

All'uscita del tratto di misura è disposto il secondo polarizzatore lineare P2 con un angolo di 45° rispetto al polarizzatore di ingresso. In questo modo, da una luce non influenzata entra attraverso il polarizzatore di uscita solo il 50% della luminanza. In base alla rotazione della luce, il polarizzatore lascia passare più o meno luce, generando un segnale luminoso misurabile e valutabile.

Risultato della misurazione e valutazione

Risultato della misurazione e valutazione  

Rappresentazione dei principi: modifica della luminanza dietro il polarizzatore di uscita

Una carica positiva determina una rotazione verso destra del segnale luminoso polarizzato. La luminanza dietro il secondo polarizzatore aumenta e si attesta tra il 50 e il 100 %. Quando l'angolo di rotazione del segnale luminoso raggiunge i 45°, corrisponde al 100% del valore misurato di una carica positiva.

Una carica negativa determina una rotazione verso sinistra del segnale luminoso polarizzato. La luminanza dietro il secondo polarizzatore diminuisce e si attesta tra il 50 e lo 0%. Quando l'angolo di rotazione del segnale luminoso raggiunge i -45°, ciò corrisponde al 100% del valore misurato di una carica negativa.

Viene misurata la luminanza dietro il polarizzatore di uscita. Dallo sviluppo temporale della luminanza vengono derivati i parametri tipici della corrente impulsiva da fulmine rilevata. Tali parametri sono l'intensità di corrente massima, la velocità di salita della corrente da fulmine, oltre che la carica e l'energia specifica.

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Fattori

I fattori principali sono il materiale del mezzo, la lunghezza d'onda della luce, la lunghezza del percorso della luce attraverso il mezzo e l'intensità del campo magnetico. Inoltre, di seguito vengono spiegati ulteriori principi e fattori teorici. Per maggiori informazioni, fate clic sulle voci correlate.

Il vettore campo elettrico E descrive lo sviluppo e la posizione della luce influenzata. Viene rappresentato sotto forma di freccia (vedere il modello grafico).

È definita dielettrico ogni sostanza non metallica elettricamente debole o non conduttiva, i cui portatori di carica in generale non si muovono liberamente. Può trattarsi di un gas, di un liquido o di un solido. Tali sostanze sono tipicamente non magnetiche e vengono sottoposte a campi elettrici o elettromagnetici.

La costante di Verdet V corrisponde al potere rotatorio per unità di densità del flusso magnetico. Descrive l'intensità dell'effetto Faraday per il dielettrico da valutare. Il relativo valore dipende dalla lunghezza d'onda delle onde elettromagnetiche nel mezzo.

L'angolo di rotazione β, intorno al quale ruota il livello di polarizzazione, viene calcolato in base a:
 
                                                    β = V x d x B
 

d è la lunghezza del percorso della luce attraverso il mezzo, B la densità del flusso magnetico e V la costante di Verdet.

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