Что такое оптический зонд?

Что такое оптический зонд?

Оптический зонд — это усовершенствованное устройство, которое улучшает традиционные электролитические зонды, исключая металлические элементы из сенсорной части. Они используют электрооптические эффекты для точных измерений и оценок. К основным особенностям относится их неинвазивная природа, которая не нарушает электрические поля и не улавливает шум. Головка датчика небольшая, работает без источника питания и может измерять широкий спектр информации, такой как частота, фаза и интенсивность. Более того, они функционируют без помех, даже в присутствии окружающего металла.

Применение оптических зондов

Оптические зонды находят применение в таких устройствах, как контроллеры, осциллографы и эндоскопы. Они универсальны в измерении различных данных для целей исследования и анализа с помощью оптических средств. Области применения включают, но не ограничиваются:

1. Измерение удельного коэффициента поглощения (SAR)

SAR количественно определяет энергию, поглощаемую человеческим телом при воздействии электромагнитных волн выше 100 кГц. Измерения, основанные на стандартах, проводятся на фантоме, отражающем электрические характеристики человеческого тела. Это имеет решающее значение для оценки поглощения энергии в теле при близком использовании небольших беспроводных устройств, таких как смартфоны.

2. Измерение плазмы

Оптические зонды играют важную роль в измерении плазмы, которая образуется при приложении сильного электрического поля к газу заряженных частиц. Они позволяют проводить локальные измерения электрического поля внутри плазмы.

3. Магнитно-резонансная томография (МРТ)

Они также используются в МРТ для измерения воздействия электромагнитных полей на человека, обеспечивая точные измерения в условиях сильных магнитных полей. Другие приложения включают измерение импульсных и сверхсильных электрических полей при проектировании ЭМС и проверке имитационных моделей.

Принципы оптических зондов

1. Эффект Поккельса

Оптические зонды включают в себя кристаллы EO, использующие эффект Поккельса, где показатель преломления материала изменяется с внешним напряжением, влияя на скорость поляризации. При отсутствии электрического поля свет сохраняет свою поляризацию при отражении от кристалла EO. Однако приложенное электрическое поле изменяет показатель преломления кристалла, изменяя состояние поляризации падающего света. Анализатор, измеряющий интенсивность поляризованного света, выдает сигнал, пропорциональный интенсивности электрического поля.

2. Влияние на измеряемое электрическое поле

В отличие от дипольных антенн, оптические зонды используют кристаллы в своих датчиках, таким образом не нарушая измеряемое электрическое поле. Дипольные антенны, которые состоят из двух прямых проводников и сделаны из металла, могут рассеивать радиоволны, вызывая помехи. Оптические зонды избегают этой проблемы, обеспечивая ненарушенные измерения электрического поля.

Состав оптических зондов

Наконечник оптического зонда состоит из кристалла ЭО, оптического волокна, наконечника, коллиматорной линзы и диэлектрической отражающей пленки. Эта сборка обеспечивает точные и помехоустойчивые измерения.

1. Кристалл ЭО

Обычно имеющий площадь 1 мм, компактный размер кристалла ЭО позволяет измерять мельчайшие области, что является существенным преимуществом по сравнению с более длинными антеннами полевых зондов, использующих дипольные антенны.

2. Оптическое волокно

Подключенное к кристаллу ЭО через коллиматорную линзу и наконечник, оптическое волокно обеспечивает передачу сигнала без шумовых помех. Оно позволяет преобразовывать сигналы напряжения в оптические сигналы для передачи на большие расстояния, независимо от частоты.

3. Диэлектрическая отражающая пленка

Прикрепленная к наконечнику кристалла ЭО, эта пленка отражает линейно поляризованный свет, инжектируемый в кристалл. Фотодиод преобразует отраженный свет в электрический сигнал, который затем усиливается. Выход электрического сигнала пропорционален изменению поляризации, что позволяет вычислять интенсивность и фазу электрического поля с помощью анализаторов спектра или аналогичных приборов.