[發(fā)明專利]一種增強型光纖干涉型磁場傳感器探頭

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010156421.9
• 申請日: 2020-03-09
• 公開（公告）號: CN111239654B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 范麗;卓清琪
• 申請（專利權(quán)）人: 北京天驥空間科技有限公司
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 北京棘龍知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11740
• 代理人: 戴麗偉

本發(fā)明公開了一種增強型的光纖干涉型磁場傳感器探頭，具體涉及傳感與測量技術(shù)領(lǐng)域，包括保護殼體，所述保護殼體內(nèi)部設(shè)有光纖環(huán)形器，所述光纖環(huán)形器一側(cè)連接有耦合器，所述耦合器一側(cè)分別連接有干涉儀測量臂和干涉儀參考臂，所述干涉儀測量臂和干涉儀參考臂一側(cè)分別連接有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡。本發(fā)明通過超磁致伸縮材料棒的形變量將有效地轉(zhuǎn)化為單模光纖的長度變化量，能夠大幅度地增加測量磁場的靈敏度；另一方面利用緊密纏繞的單模光纖給超磁致伸縮材料棒施加一定壓力，不僅能夠提高材料的磁致伸縮系數(shù)，而且能夠減小磁致伸縮材料的磁滯效應(yīng)，解決了現(xiàn)有的光纖磁傳感器探頭不能多圈纏繞光纖，沒有放大作用，導(dǎo)致靈敏度偏低的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及傳感與測量技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說，本發(fā)明涉及一種增強型光纖干涉型磁場傳感器探頭。

背景技術(shù)

光纖傳感器是一種將被測對象的狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y的光信號的傳感器，光纖傳感器的工作原理是將光源入射的光束經(jīng)由光纖送入調(diào)制器，在調(diào)制器內(nèi)與外界被測參數(shù)的相互作用，使光的光學(xué)性質(zhì)如光的強度、波長、頻率、相位、偏振態(tài)等發(fā)生變化，成為被調(diào)制的光信號，再經(jīng)過光纖送入光電器件、經(jīng)解調(diào)器后獲得被測參數(shù)。

弱磁場探測技術(shù)由于其特殊性，在諸多領(lǐng)域扮演著重要的角色，目前廣泛用于軍事國防、地質(zhì)調(diào)查、油氣和礦產(chǎn)勘查、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。在軍事國防領(lǐng)域，海陸空三軍都對高精度微弱磁場探測技術(shù)存在著巨大需求。伴隨著電子學(xué)、新材料、微納加工等新型技術(shù)的異軍突起，磁場探測技術(shù)得到了飛快的發(fā)展，并逐漸成為信息化武器裝備的核心關(guān)鍵技術(shù)之一。探測fT數(shù)量級的弱磁場的磁場探測技術(shù)，能夠使以前難以想象的探測方案變得清晰，具有極大的科學(xué)與技術(shù)價值，也隱藏著巨大的軍事價值與經(jīng)濟價值。

1980年美國的亞里夫教授首次提出利用磁致伸縮材料對光纖相位的改變來探測微弱磁場的方法，并從理論上預(yù)測最小可探測磁場可達10-16T；此后光纖微弱磁場傳感器干涉型光纖磁傳感器是光纖微弱磁場傳感器的一種，它的探頭結(jié)構(gòu)對傳感器的靈敏度影響很大。應(yīng)用最為廣泛的探頭結(jié)構(gòu)，分別為平帶型、三明治型、圓柱型和套管型，光纖或被直接粘貼或被埋入刻有槽的磁致伸縮材料的表面。

美國海軍曾申請了專利號為US5305075的一種具有多個纏繞馬赫-曾德爾干涉儀的粘貼式光纖磁致伸縮換能器的磁致伸縮傳感器探頭，此專利存在的問題是：(1)由于磁致伸縮材料與光纖結(jié)合不緊密，光纖在磁場作用下的變形不充分，導(dǎo)致靈敏度偏低；(2)不能多圈纏繞，沒有放大作用，導(dǎo)致靈敏度偏低，因此，發(fā)明一種增強型光纖干涉型磁場傳感器探頭很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明的實施例提供一種增強型光纖干涉型磁場傳感器探頭。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種增強型光纖干涉型磁場傳感器探頭，包括保護殼體，所述保護殼體內(nèi)部設(shè)有光纖環(huán)形器，所述光纖環(huán)形器一側(cè)連接有耦合器，所述耦合器一側(cè)分別連接有干涉儀測量臂和干涉儀參考臂，所述干涉儀測量臂和干涉儀參考臂一側(cè)分別連接有法拉第旋轉(zhuǎn)鏡，所述保護殼體內(nèi)部均勻設(shè)有單模光纖，所述保護殼體外側(cè)表面分別設(shè)有激光器和光電探測器，所述激光器輸出端與光纖環(huán)形器輸入端連接；

所述干涉儀測量臂包括測量支架、測量單模光纖、超磁致伸縮材料棒和測量骨架，所述測量支架剖面形狀設(shè)置為梯形，兩個所述測量支架之間設(shè)有測量單模光纖，所述測量支架外側(cè)表面固定設(shè)有超磁致伸縮材料棒，所述超磁致伸縮材料棒外側(cè)設(shè)有測量骨架。

在一個優(yōu)選地實施方式中，所述單模光纖環(huán)繞設(shè)置于干涉儀測量臂和干涉儀參考臂外側(cè)且兩端分別與耦合器和法拉第旋轉(zhuǎn)鏡連通，所述光纖環(huán)形器與耦合器之間通過單模光纖連通。

在一個優(yōu)選地實施方式中，所述耦合器型號設(shè)置為3X3耦合器，所述耦合器輸出端連接有兩個光電探測器。

在一個優(yōu)選地實施方式中，所述干涉儀參考臂包括參考支架、參考單模光纖、不銹鋼棒和參考骨架，所述參考支架剖面形狀設(shè)置為梯形，兩個所述參考支架之間設(shè)有參考單模光纖，所述參考支架外側(cè)表面固定設(shè)有不銹鋼棒，所述不銹鋼棒外側(cè)設(shè)有參考骨架。