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運作原理

如何量測雷擊電流?電湧電壓如何產生?電湧電壓如何進入您的設備和系統?您可能對這些問題感到疑惑不解。下列頁面會提供有關雷擊電流偵測的綜合性資訊。

量測段結構

量測段包含透明媒介(電介質),媒介的一端配有偏振器或偏振濾波器。量測段與引下線中的電流方向成 90°。這樣,量測段中光波的傳播方向與引下線中的突波電流磁場平行。

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偏振器

線形偏振器  

線形偏振器

偏振器或偏振濾波器是產生偏振的光學元件。為此,電磁波通過吸收或光束分離,分為線形、橢圓形或圓形偏振光。在這種情況下,光線為線形偏振,以應用法拉第效應。這意味著僅線形偏振光可穿過偏振濾波器。

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偏振面的磁效應

偏振面的磁效應  

偏振面的磁效應

光波使電介質中的電子振蕩。磁場會改變電介質中電子的運動方式。這反過來又影響了光的偏振面。原則上,偏振面可向任意方向旋轉。

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LM-S 中的磁光效應

圖解模型展示了雷電監測系統中的磁光效應的所有重要因素和變數。具有確定光強度的光波 Φ 通過光纖引導到量測段上。

量測段輸入端的偏振濾波器 P1 對引導來的光纖進行線形偏振。以這種方式偏振的光波會引起媒介中的電子振蕩,并通過偏振面中的量測段媒介。偏振面會受到磁力影響。

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突波電流的磁場使得光波偏振面在媒介範圍內繞縱軸旋轉。旋轉方向取決於磁場線方向,也就是電流方向。例如,反向及正向雷擊產生的突波電流會造成方向不同的磁場線。

電流 I 越大,磁場 B 就越強,旋轉角 β 也越大。磁場 B1 使光波順時針旋轉,磁場 B2 使光波逆時針旋轉。

第二個線形偏振濾波器 P2 位於量測段輸出端,與輸入偏振濾波器成 45° 角。因此,僅 50% 未受影響的光波通過輸出偏振濾波器。通過輸出偏振濾波器的光量取決於光波的旋轉情況。因而產生了可量測、可評估的光訊號。

量測結果與評估

量測結果與評估  

原理圖:通過輸出偏振濾波器的光量的變化

正向雷擊使偏振光訊號順時針旋轉。通過第二個偏振濾波器的光量會增加,達到 50% 到 100% 之間。光訊號旋轉角度達到 45° 時,對於正向雷擊而言,對應量測值 100%。

反向雷擊使偏振光訊號逆時針旋轉。通過第二個偏振濾波器的光量會減少,達到 50% 和 0% 之間。光訊號旋轉角度達到 -45° 時,對於反向雷擊而言,對應量測值 100%。

通過輸出偏振濾波器的光量將得到量測。偵測到的雷擊突波電流的典型參數派生自隨時間增長的光量。參數包括最大電流、極性、雷擊電流上升速率、電荷和比能。

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影響變數

最為重要的影響變數是媒介材質、光的波長、通過媒介的光路徑長度,以及磁場強度。更進一步的理論原則和影響變數將在下文中解釋。點擊相關標題,瞭解更多內容。

電場向量 E 描述了受影響的光波的增長和位置。該參數由箭頭表示(見圖解模型)

任何電荷載體基本上不能自由移動的、具有弱導電性或不導電的非金屬物質均可稱為電介質。電介質可為氣體、液體或固體。這些物質通常無磁性,會受到電場或電磁場影響。

費爾德常數 V 對應單位磁感應密度下的旋轉。該常數描述了需評估的電介質的法拉第效應的強度。其值取決於媒介中電磁波的波長。

旋轉角 β 指偏振面旋轉的角度,由下列公式計算:
 
                                                    β = V x d x B
 

d 為通過媒介的光路徑的長度,B 為磁感應密度,V 為費爾德常數。

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