[發(fā)明專利]寬溫區(qū)AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統(tǒng)有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202010114401.5 | 申請日： | 2020-02-25 |
| 公開（公告）號： | CN111273204B | 公開（公告）日： | 2022-10-25 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 項晨晨;于長秋;王宏騰;周鐵軍;李海;駱泳銘 | 申請（專利權(quán)）人： | 杭州電子科技大學(xué) |
| 主分類號： | G01R33/032 | 分類號： | G01R33/032 |
| 代理公司： | 杭州君度專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 33240 | 代理人： | 楊舟濤 |
| 地址： | 310018 浙*** | 國省代碼： | 浙江;33 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 寬溫區(qū) ac 增強 dc 傳感 精度 諧振腔 磁場 系統(tǒng) | ||
本發(fā)明提出了一種寬溫區(qū)AC場增強DC場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統(tǒng)，本發(fā)明激光器輸出中心頻率鎖定在諧振腔透射譜上，磁致伸縮介質(zhì)內(nèi)嵌于諧振腔，或?qū)⒅C振腔粘貼在磁致伸縮介質(zhì)上；諧振腔外側(cè)設(shè)有交變磁場，觀測激光器波長鎖定在諧振腔透射譜最低點或最高處時不同強度的直流磁場導(dǎo)致的交流磁場信號強度得變化規(guī)律，實現(xiàn)交流磁場增強的直流磁場探測；本發(fā)明具備寬溫區(qū)、低成本、低功耗、抗電磁干擾、高精度直流磁場探測能力等優(yōu)點。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及的是一種寬溫區(qū)交變磁場增強直流磁場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統(tǒng)，具體涉及的是由巨磁致伸縮材料和光學(xué)諧振腔構(gòu)建的磁場傳感系統(tǒng)，屬于光學(xué)領(lǐng)域。
背景技術(shù)
磁場傳感器作為眾多傳感器中的一種，具有無損探測的優(yōu)勢，既可以采集環(huán)境中的磁場信息，又能夠測量影響磁場變化的電流、轉(zhuǎn)速、位置、角度等物理量的信息，在國防、航空航天、汽車電子、醫(yī)療、能源、消費電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。目前的生物磁場探測設(shè)備造價高昂，低溫的工作條件使其體積龐大，并且在進行探測時無法適應(yīng)不同環(huán)境溫度的需求，例如在低溫-70℃的環(huán)境下的深海探測，受溫度影響無法保證探測精度，又比如有些磁場環(huán)境復(fù)雜，同時具有交直流磁場的應(yīng)用環(huán)境，受電磁干擾影響，無法保證其穩(wěn)定工作。現(xiàn)有的超靈敏原子磁力計器件仍無法滿足這些需求。基于此，我們提出了利用巨磁致伸縮材料和光學(xué)諧振腔構(gòu)建一種兼具寬溫區(qū)和高精度直流磁場探測能力的傳感系統(tǒng)，該系統(tǒng)對溫度敏感性低、具有-80～125℃的寬溫區(qū)內(nèi)工作的能力；該系統(tǒng)創(chuàng)新性提出利用交流磁場增強現(xiàn)有的直流磁場探測靈敏度，使其且在寬溫區(qū)工作的同時具有更高的直流磁場傳感靈敏度。該系統(tǒng)還能集成至光纖系統(tǒng)中、不受電磁干擾、且可進行遠程探測，同時兼具低成本和低功耗的優(yōu)點，未來可能直接應(yīng)用于生物磁場測量或監(jiān)控區(qū)域內(nèi)異常磁場探測。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了寬溫區(qū)交變磁場增強直流磁場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統(tǒng)，可用于要求溫度范圍廣和直流磁場探測能力強的磁場探測領(lǐng)域。
激光器輸出中心頻率鎖定在諧振腔透射譜上，磁致伸縮介質(zhì)內(nèi)嵌于諧振腔，或?qū)⒅C振腔粘貼在磁致伸縮介質(zhì)上；諧振腔外側(cè)設(shè)有交變磁場，觀測激光器波長鎖定在諧振腔透射譜最低點或最高處時不同強度的直流磁場導(dǎo)致的交流磁場信號強度得變化規(guī)律，實現(xiàn)交流磁場增強的直流磁場探測；
所述的磁致伸縮材料為TbxDy1-x(Fe1-yCoy)2；其中，x：0.01～0.43，y：0.1～0.3，工作溫度范圍覆蓋-70℃～115℃；
所述的諧振腔與光纖錐始終處于耦合狀態(tài)；
所述的交流磁場的頻率要與諧振腔力學(xué)模式頻率的頻差小于500kHz。
作為優(yōu)選，所述的激光器輸出中心頻率鎖定通過熱鎖或PDH穩(wěn)頻系統(tǒng)實現(xiàn)。
作為優(yōu)選，所述的磁致伸縮材料選用其它具有寬溫區(qū)特性的在磁場作用下能夠伸縮的介質(zhì)材料。
作為優(yōu)選，所述的諧振腔材料為二氟化鈣或二氧化硅，形狀為環(huán)形腔或微球腔；諧振腔要能夠支持光波傳輸，且在腔外表面存在倏逝波。
作為優(yōu)選，所述的磁致伸縮介質(zhì)的形狀為圓筒、平板或頭盔狀。
本發(fā)明中的磁場傳感系統(tǒng)在寬溫區(qū)具備較高的傳感靈敏度，且具備交流磁場增強直流磁場探測性能的特性。同時，該系統(tǒng)主要由光纖構(gòu)建，體積小，易集成，可進行磁場信息的遠程探測。
附圖說明
圖1和圖2均為所發(fā)明的寬溫區(qū)交變磁場增強直流磁場傳感精度的諧振腔磁場傳感系統(tǒng)示意圖；
圖1采用PDH穩(wěn)頻的方式將激光器頻率鎖定在腔透射譜最低點處；
圖2采用熱鎖模的方式將激光器頻率鎖定在腔透射譜的斜率最大處。
具體實施方式
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