[發明專利]光纖熒光全光學磁場傳感器及系統

在審

• 申請號: 201711380469.2
• 申請日: 2017-12-19
• 公開（公告）號: CN108254708A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 李燊;陳向東;趙博文;孫方穩;郭光燦
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 任巖

本發明公開了一種光纖熒光全光學磁場傳感器及傳感系統。其中傳感器包括：光纖；以及納米金剛石NV色心熒光層，安裝于所述光纖的一端上。其中納米金剛石NV色心熒光層通過光學膠附著于所述光纖的一端上；或者光纖包括內部的光纖芯，所述納米金剛石NV色心通過嵌入光纖芯一端的方式安裝于光纖的一端上。本發明的傳感器技術本質上僅測量光纖中的光信號，測量響應頻率高，核心結構簡單。

技術領域

本發明屬于光纖熒光傳感器領域，進一步涉及一種光纖熒光全光學磁場傳感器，還涉及一種光纖熒光全光學磁場傳感系統。

背景技術

光纖傳感器被廣泛的用于位移、震動、轉動、壓力、彎曲、應變、速度、加速度、電流、磁場、電壓、濕度、溫度、聲場、流量、濃度、PH 值和應變等物理量的測量，而在當前信息化時代廣泛應用的主要原因里比較重要的有三個。一個是因為光纖具有很多優異的材料性能，例如：具有抗電磁和原子輻射干擾的性能，徑細、質軟、重量輕的機械性能；絕緣、無感應的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學性能。另一個是光纖中傳輸的光的強度、相位、頻率或偏振態等可直接或間接被測量性質調制。還有一個就是在光信息系統中表現的大寬帶、大容量、遠距離傳輸和能實現多參數、分布式、低能耗傳感的顯著優點等。

然而光纖傳感技術中的現有光纖磁場傳感技術，目前往往需向光纖內部或周圍加入磁致形變材料、磁性納米顆粒材料，利用磁場到形變的轉換再用光讀取形變信息，或磁場驅動顆粒再分布進而造成光纖芯周圍或內部光折射率的變化。但上述添加的這些材料往往在特殊應用環境中(比如：高壓變電站等有高強感應電磁場的環境下)帶來潛在的安全隱患或污染物 (感應電流產熱、磁性顆粒擴散污染)，而且大多核心器件結構復雜，也易受溫度等環境干擾。

光纖熒光壽命測量溫度技術常在特殊環境中應用，有著測量精確，穩定性好，靈敏度高的優點，比熒光光強等方法的設備更具優勢，所以熒光壽命法是目前光纖熒光傳感領域的主流應用和發展方向。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種光纖熒光全光學磁場傳感器及系統，以至少部分解決以上所述的技術問題。

根據本發明的一方面，提供一種光纖熒光全光學磁場傳感器，包括：光纖；以及納米金剛石NV色心熒光層，安裝于所述光纖的一端上。

在進一步的實施方案中，所述納米金剛石NV色心熒光層通過光學膠附著于所述光纖的一端上。

在進一步的實施方案中，所述光纖包括內部的光纖芯，所述納米金剛石NV色心通過嵌入光纖芯一端的方式安裝于光纖的一端上。

在進一步的實施方案中，所述納米金剛石熒光層中，NV色心的含量在1×10¹⁶個每立方厘米以上。

在進一步的實施方案中，還包括保護套，所述保護套套設在光纖一端上，以包覆所述納米金剛石NV色心熒光層。

在進一步的實施方案中，所述保護套為四氟乙烯保護套。

在進一步的實施方案中，還包括旁路光纖熒光溫度測量模塊，用于全光學的熒光壽命法測量外界溫度。

根據本發明的另一方面，提供一種光纖全光學磁場傳感系統，包括：以上任意一種傳感器；光強和熒光壽命復合測量單元，連接于所述光纖的另一端，用于測量光纖上的光強信號和相位信號。

在進一步的實施方案中，所述復合測量單元為可編程雙鎖相放大器與時間數字轉換器組成的光強和熒光壽命復合測量單元。

在進一步的實施方案中，所述光強和熒光壽命復合測量單元還包括光電測量器件以及時間數字轉換芯片。

采用本發明使用的技術方案，完全能夠滿足光纖全光學測量磁場的應用要求，具體表現在：