Магнитометры позволяют предсказывать аварии на электросетях, обнаруживать месторождения полезных ископаемых и диагностировать сердечные заболевания без хирургического вмешательства. Однако существующие модели имеют ограничения: крупные устройства громоздки, а компактные часто дают неточные результаты изза внешних помех и быстро выходят из строя. Чтобы преодолеть эти недостатки, ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ПНППК и Дальневосточного университета путей сообщения создали миниатюрный волоконно-оптический магнитометр, который вдвое превосходит аналоги по точности и надежности.
Магнитные поля окружают нас везде: от приборов до человеческого тела. Они невидимы, но изменения в них сигнализируют о скрытых процессах. В геологоразведке аномалии на поверхности указывают на месторождения железной руды. В авиации земное поле служит ориентиром для определения рельефа. В медицине магнитные поля сердца и мозга позволяют диагностировать проблемы до появления симптомов. Для этого используются специальные датчики, которые улавливают слабые сигналы.
Магнитометры должны быть маленькими, но большинство из них – электронные, и их точность зависит от размера. Компактные модели подвержены помехам и быстро выходят из строя. Оптические магнитометры используют свет и оптоволокно, что делает их устойчивыми к коррозии и помехам, но свет в оптоволокне рассеивается, снижая точность сигнала. Это может привести к ошибкам в диагностике и мониторинге.
Инженеры разрабатывают оптические магнитометры, но полностью устранить шум пока не удается. Ученые Пермского Политеха совместно с коллегами из ПНППК и Дальневосточного университета создали миниатюрный магнитометр на основе оптоволокна, который вдвое эффективнее аналогов.
Принцип работы устройства основан на использовании стеклянного волокна, скрученного по спирали подобно пружине. Обычный световой кабель, подвергнутый изгибу, начинает рассеивать свет, что приводит к искажению сигнала. В реальных условиях датчик неизбежно подвергается деформации при монтаже или в процессе эксплуатации. Однако закрученное волокно позволяет изгибать его без потери качества сигнала.
Обычный луча света проходит через волокно только один раз и сразу выходит наружу. За короткий промежуток времени слабое магнитное поле не успевает оказать значительного влияния на сигнал, и изменение остается настолько незначительным, что прибор не способен его зарегистрировать.
Ученые создали петлю для света, чтобы он многократно проходил по ней. Свет усиливается с каждым оборотом благодаря магнитному полю. Эксперименты показали, как меняется поведение света при изменении силы тока, что позволило построить график.
«Мы сравнили два типа лучей: обычный и закрученный. Оказалось, что магнитное поле воздействует на второй луч в два раза сильнее. А если он бежит по замкнутой петле, эффект усиливается еще больше. В итоге наш прибор в два раза чувствительнее старых оптических схем. И еще один плюс в том, что благодаря спиральному волокну датчик не боится деформаций. Его можно гнуть и трясти – он не начнет врать», – поясняет Антон Чувызгалов, младший научный сотрудник кафедры «Общая физика» ПНИПУ.
Оптоволокно при изгибе меняет свойства, теряя точность. Закрученная структура фиксирует направление света, делая датчик устойчивым к тряске и изгибам. Это позволяет использовать его в сложных условиях, где обычная электроника не справляется. В будущем такие датчики можно будет встраивать в буры для поиска нефти, роботов-разведчиков и портативные медицинские устройства. Это откроет путь к компактным магнитометрам.
Источник: naked-science.ru
распечатать статью
