[發(fā)明專利]一種具有互易光路的光纖磁場傳感器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110388476.3
• 申請日: 2011-11-29
• 公開（公告）號: CN102508178A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王夏霄;李傳生;于佳;馮秀娟;李立京;鄔戰(zhàn)軍;張晞;李彥
• 申請（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及了利用干涉光相位檢測磁場的具有互易光路的光纖磁場傳感器，屬于光傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)和社會的發(fā)展，弱磁測量技術(shù)在國防建設(shè)、國民經(jīng)濟及生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。在軍事領(lǐng)域，隨著各國潛艇降噪技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的聲吶探潛已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代反潛戰(zhàn)爭的需要，各種非聲探潛技術(shù)成為各國研究的熱點。磁異探測被認為是目標(biāo)分類和提高對潛攻擊分辨率的最可靠手段，目前幾乎所有先進反潛巡邏機上都裝有靈敏的磁探儀。空間磁場是空間環(huán)境重要的物理參數(shù)之一，空間磁場的變化反映出空間環(huán)境變化的顯著特征。國際上已將高精度磁通門磁強計作為荷載在空間衛(wèi)星上搭載，進行一系列空間與地磁場監(jiān)測、載體姿態(tài)測量與控制的計劃。在地球物理學(xué)方面，地磁場是地球的固有資源，為航空、航天、航海提供了天然的參考系。地磁場測量是導(dǎo)航、地磁法探礦及地震預(yù)測預(yù)報的重要手段。另外弱磁測量在生物磁場及醫(yī)療器械、石油管道無損探傷、石油鉆井中的隨鉆測斜儀和連續(xù)測斜儀、海底電纜的探測和識別及港口艦船的自主導(dǎo)航等方面也有重要應(yīng)用。

目前，傳統(tǒng)的微弱磁場傳感器主要包括磁通門式磁強計、質(zhì)子旋進磁強計、光泵磁強計和超導(dǎo)量子干涉磁強計(SQUID)等。與傳統(tǒng)的弱磁測量儀器相比，基于磁致伸縮原理的干涉型光纖磁場傳感器具有靈敏度高、響應(yīng)速度快、交直流磁場都可測、體積小、重量輕、成本低、抗電磁干擾等優(yōu)點，可以在強電磁干擾、高溫高壓、原子輻射、易爆、化學(xué)腐蝕等傳統(tǒng)測磁儀器無法工作的惡劣條件下使用。另外，利用磁致伸縮材料與外磁場的非線性響應(yīng)關(guān)系及光纖干涉儀的復(fù)用技術(shù)，可制作三軸向的光纖磁場傳感器，同時測量矢量磁場的三個正交分量，構(gòu)建傳感陣列，實現(xiàn)磁場的分布式測量。

光纖微弱磁場傳感器的研究開始于1979年，目前采用的主要方案為基于Michelson干涉儀，基于Mach-Zehnder干涉儀及基于F-P干涉儀的光纖磁場傳感器。由于這三個方案采用的光路結(jié)構(gòu)是為非互易的，因此對外界環(huán)境干擾(如溫度、振動等)敏感，環(huán)境適應(yīng)能力較差。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有的光纖微弱磁場傳感器存在的對外界環(huán)境干擾(如溫度、振動等)敏感，環(huán)境適應(yīng)能力較差的問題。為此，本發(fā)明提供了一種具有互易光路的光纖磁場傳感器，包括光源、分路器、起偏器、相位調(diào)制器、延遲光纖、法拉第旋光器、保偏耦合器、換能器、補償光纖和光電探測器，光源的尾纖與分路器的第一輸入端光纖熔接在一起，光電探測器的尾纖與分路器的第二輸入端光纖熔接在一起，分路器的輸出端光纖與起偏器熔接，起偏器的輸出端保偏光纖與相位調(diào)制器的輸入端保偏光纖以45°熔接，相位調(diào)制器的輸出端光纖與延遲光纖的輸入端光纖熔接，延遲光纖的輸出端光纖與法拉第旋光器輸入端光纖熔接，法拉第旋光器輸出端光纖與保偏耦合器的輸入端熔接，保偏耦合器的第一輸出端光纖與換能器的傳感光纖輸入端熔接，保偏耦合器的第二輸出端光纖與補償光纖輸入端熔接，換能器的傳感光纖輸出端與補償光纖輸出端以90°熔接，光電探測器的輸出端與信號處理電路相連接，信號處理電路的第一輸出端用于給相位調(diào)制器提供電信號進行相位調(diào)制，信號處理電路的第二輸出端用于給換能器提供電信號進行偏置調(diào)制。

本發(fā)明還提供了一種具有互易光路的光纖磁場傳感器，其特征在于，包括光源、分路器、集成相位調(diào)制器、偏振分束/合束器、延遲光纖、法拉第旋光器、保偏耦合器、換能器、補償光纖和光電探測器，光源的尾纖與分路器的第一輸入端光纖熔接在一起，光電探測器的尾纖與分路器的第二輸入端光纖熔接在一起，分路器的輸出端與集成相位調(diào)制器熔接，集成相位調(diào)制器的第一輸出端保偏光纖與偏振分束/合束器的第一輸入端保偏光纖熔接，集成相位調(diào)制器的第二輸出端保偏光纖與偏振分束/合束器的第二輸入端保偏光纖熔接，偏振分束/合束器的輸出端光纖與延遲光纖的輸入端光纖熔接，延遲光纖的輸出端光纖與法拉第旋光器輸入端光纖熔接，法拉第旋光器輸出端光纖與保偏耦合器的輸入端熔接，保偏耦合器的第一輸出端光纖與換能器的傳感光纖輸入端熔接，保偏耦合器的第二輸出端光纖與補償光纖輸入端熔接，換能器的傳感光纖輸出端與補償光纖輸出端以90°熔接，光電探測器的輸出端與信號處理電路相連接，信號處理電路的第一輸出端用于給相位調(diào)制器提供電信號進行相位調(diào)制，信號處理電路的第二輸出端用于給換能器提供電信號進行偏置調(diào)制。