[發(fā)明專利]利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置及方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710221691.1
• 申請(qǐng)日: 2017-04-06
• 公開（公告）號(hào): CN107102275A
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姚曉天;王來(lái)龍;尉長(zhǎng)江;欽明亮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北大學(xué);北京高光科技有限公司
• 主分類號(hào): G01R33/032
• 分類號(hào): G01R33/032;G01R33/00
• 代理公司: 石家莊國(guó)域?qū)＠虡?biāo)事務(wù)所有限公司13112
• 代理人: 胡素梅,胡澎

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置及方法。

背景技術(shù)

磁場(chǎng)的測(cè)量在工業(yè)領(lǐng)域的各個(gè)方面都有著重要應(yīng)用，例如無(wú)線通信系統(tǒng)周邊的磁場(chǎng)分布對(duì)通信信號(hào)的干擾、大型吊裝設(shè)備磁性系統(tǒng)的磁場(chǎng)分布、磁懸浮列車的磁場(chǎng)分析，以及現(xiàn)在比較新型的通過測(cè)量導(dǎo)體周邊磁場(chǎng)分布測(cè)量磁場(chǎng)技術(shù)，乃至于對(duì)于地磁的分析，等等；涉及到永磁材料附近磁感應(yīng)強(qiáng)度的測(cè)量、金屬材料退磁后的剩余磁場(chǎng)測(cè)量、機(jī)械零件加工后的殘磁、強(qiáng)磁屏蔽后的漏磁測(cè)量，以及直流電機(jī)、揚(yáng)聲器、磁選機(jī)、永磁除鐵器等工作磁場(chǎng)的測(cè)量，廣泛分布于磁性材料生產(chǎn)、永磁電機(jī)、機(jī)械加工、不銹鋼制品及模具制造等行業(yè)。

目前磁場(chǎng)測(cè)量常用的技術(shù)包括磁通門法、霍爾效應(yīng)法、磁阻效應(yīng)法，等等；這些方法的一個(gè)基本原理，都是通過電磁感應(yīng)的方式進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量。

近些年，采用光傳感技術(shù)進(jìn)行測(cè)量在工業(yè)技術(shù)領(lǐng)域日益受到重視。利用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)是一種很有效的磁場(chǎng)測(cè)量方法。該技術(shù)的基本原理如圖1所示，圖1是采用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)的原理圖。當(dāng)一束偏振光通過一個(gè)處于磁場(chǎng)當(dāng)中的磁光材料時(shí)，其偏振方向由于法拉第磁光效應(yīng)而發(fā)生改變，在磁光材料長(zhǎng)度一定的情況下，偏振方向改變的角度β隨磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增加而增加。利用圖1長(zhǎng)度為D的磁光材料，通過測(cè)量偏振光由于磁場(chǎng)變化產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)角度，從而計(jì)算出磁場(chǎng)強(qiáng)度。

與傳統(tǒng)磁場(chǎng)測(cè)量技術(shù)相比，使用磁光材料測(cè)量磁場(chǎng)的系統(tǒng)，可采用光纖作為測(cè)量信息傳輸介質(zhì)，使用光信號(hào)進(jìn)行測(cè)量信息傳輸，具有測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)無(wú)需供電、信號(hào)傳輸不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。

從圖1中可以看出，在磁場(chǎng)方向和磁光材料通光方向一致的情況下，磁光材料中偏振光的旋轉(zhuǎn)角度和磁場(chǎng)大小有直接關(guān)系。但在空間磁場(chǎng)測(cè)量當(dāng)中，人們往往不知道磁場(chǎng)方向，因此也不能保證磁光材料擺放的方向(磁光材料擺放的方向與其內(nèi)通光方向一致)和磁場(chǎng)方向一致，當(dāng)兩者方向不一致的時(shí)候，磁光材料中偏振光的旋轉(zhuǎn)角度和磁場(chǎng)方向在磁光材料通光方向上投影的大小有關(guān)系。所以，使用單一的一個(gè)磁光材料，無(wú)法測(cè)量未知磁場(chǎng)方向的磁場(chǎng)大小。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的之一就是提供一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的方法，該方法能夠在不知道空間磁場(chǎng)方向的情況下，測(cè)量出磁場(chǎng)的方向和大小。

本發(fā)明的目的之二就是提供一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的裝置，采用該裝置測(cè)量磁場(chǎng)，可在不知道空間磁場(chǎng)方向的情況下，測(cè)量出磁場(chǎng)的方向和大小。

本發(fā)明的目的之一是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種利用磁光材料測(cè)量空間磁場(chǎng)的方法，包括如下步驟：

a、將第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料放置在待測(cè)磁場(chǎng)中，且三個(gè)磁光材料的相對(duì)位置固定不變；三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，且三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上；

b、設(shè)置光源；使光源發(fā)出的光轉(zhuǎn)變?yōu)槿窆猓謩e為第一偏振光、第二偏振光和第三偏振光；使第一偏振光通過第一磁光材料，使第二偏振光通過第二磁光材料，使第三偏振光通光第三磁光材料；

c、測(cè)量第一偏振光通過第一磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第一偏轉(zhuǎn)角β_a，測(cè)量第二偏振光通過第二磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第二偏轉(zhuǎn)角β_b，測(cè)量第三偏振光通過第三磁光材料后光束偏振方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)的第三偏轉(zhuǎn)角β_c；

d、根據(jù)三個(gè)偏轉(zhuǎn)角計(jì)算出待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。

本發(fā)明通過在待測(cè)磁場(chǎng)中放置三個(gè)相對(duì)位置固定不變的磁光材料(例如為磁光晶體或磁光玻璃等)來(lái)同時(shí)作為磁場(chǎng)傳感器件，且三個(gè)磁光材料內(nèi)通光方向兩兩之間均保持一個(gè)大于0°小于180°的角度，再有，保證三個(gè)磁光材料內(nèi)的通光方向不在同一平面上。在每一個(gè)磁光材料內(nèi)通入一束偏振光，由于法拉第效應(yīng)，偏振光在經(jīng)過磁光材料后偏振方向發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，本發(fā)明通過分別測(cè)量三束偏振光通過各自對(duì)應(yīng)的磁光材料后偏振方向改變的角度β_a、β_b和β_c(偏振方向改變的角度可根據(jù)光強(qiáng)的變化而求出)，再根據(jù)下面的公式即可求出待測(cè)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和方向。