[發明專利]一種光纖矢量磁場傳感器

在審

• 申請號: 202010426908.4
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111426991A
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 趙晨;馮丹平;曹亮;楊明明;高守勇;王升;江晨;謝輝;楊靜;歸朋飛;高海馨
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍91388部隊
• 主分類號: G01R33/00
• 分類號: G01R33/00;G01R33/02;G01R33/032;G01R33/10
• 代理公司: 湖南企企衛知識產權代理有限公司 43257
• 代理人: 任合明

1.一種光纖矢量磁場傳感器，其特征在于光纖矢量磁場傳感器由三維骨架(1)、6個套管(2)、單模光纖(3)、6個3dB光纖耦合器(4)、球型外殼(5)組成；

三維骨架(1)由中心支撐塊(1-1)和6根支撐柱(1-2)組成；中心支撐塊(1-1)為正方體，邊長為a，采用無磁鋼材料制備；6根支撐柱(1-2)分別焊接在中心支撐塊(1-1)的6個面上；6根支撐柱(1-2)完全相同，均由2段直徑不同的圓柱即粗圓柱(1-2-1)和細圓柱(1-2-2)組成，支撐柱(1-2)總長度為L1，粗圓柱(1-2-1)的一端焊接在中心支撐塊(1-1)的一個面上，粗圓柱(1-2-1)的中軸線與中心支撐塊(1-1)的這個面垂直；粗圓柱(1-2-1)長度為L11，直徑為d1，d1a，粗圓柱(1-2-1)側面刻有外螺紋；細圓柱(1-2-2)與粗圓柱(1-2-1)同軸相連，長度為L12，L12＝L1-L11，直徑為d2，d2d1，側面也刻有外螺紋；

套管(2)由無磁鋼套管(2-1)和無磁鋼套管表面鍍層(2-2)組成；無磁鋼套管(2-1)是由無磁鋼材料制成的圓筒，長度為L2，L2＝L1，內徑為d21，d21＝d1，外徑為d22，d21d22a；無磁鋼套管(2-1)的外側面鍍有無磁鋼套管表面鍍層(2-2)，無磁鋼套管表面鍍層(2-2)厚度為h，采用磁致伸縮材料制備；無磁鋼套管(2-1)連接中心支撐塊(1-1)的一端內側壁刻有內螺紋，內螺紋長度為L21，L21＝L11；無磁鋼套管表面鍍層(2-2)外側面刻有外螺紋，外螺紋長度為L3，L3＝L2；無磁鋼套管(2-1)同軸套于支撐柱(1-2)外側，并與粗圓柱(1-2-1)以螺紋旋緊方式連接；套管(2)連接球形外殼5一段側面開有第一圓孔(2-3)；套管(2)與球形外殼(5)采用固化膠連接；

所述單模光纖(3)為抗彎曲單模光纖，共分6組，每組包含一段參考臂光纖(3-1)和一段傳感臂光纖(3-2)；參考臂光纖(3-1)初始長度為L31，傳感臂光纖(3-2)初始長度為L32，L31＝L32；參考臂光纖(3-1)和傳感臂光纖(3-2)均有一個端面鍍有光學反射鏡薄膜，另一端分別用光纖熔接機熔融連接于3dB光纖耦合器(4)的第二端口(4-2)和第三端口(4-3)；每組單模光纖(3)中的參考臂光纖(3-1)纏繞于細圓柱(1-2-2)的外側面；每組單模光纖(3)中的傳感臂光纖(3-2)纏繞于無磁鋼套管表面鍍層(2-2)外側面；

3dB光纖耦合器(4)采用單模抗彎曲光纖制備，3dB光纖耦合器(4)包含第一端口(4-1)、第二端口(4-2)、第三端口(4-3)和第四端口(4-4)；

球形外殼(5)由上半球殼(5-1)和下半球殼(5-2)組成，上半球殼(5-1)和下半球殼(5-2)形狀相同，上半球殼(5-1)和下半球殼(5-2)采用螺紋方式旋緊連接在一起構成球形；上半球殼(5-1)內徑為d5，球形外殼(5)壁的厚度為h5，采用二氧化硅材料制備；上半球殼(5-1)側面開有一個第二圓孔(5-3)；中心支撐塊(1-1)的中心處于球形外殼(5)的球心，焊接在中心支撐塊(1-1)上表面的支撐柱(1-2)的上端面與上半球殼(5-1)的內表面采用固化膠連接，焊接在中心支撐塊(1-1)下表面的支撐柱(1-2)的下端面與下半球殼(5-2)的內表面采用固化膠連接；焊接在中心支撐塊(1-1)前側面的支撐柱(1-2)的前端面與球型外殼(5)的內表面采用固化膠連接，焊接在中心支撐塊(1-1)后側面的支撐柱(1-2)的后端面與球型外殼(5)的內表面采用固化膠連接；焊接在中心支撐塊(1-1)左側面的支撐柱(1-2)的左端面與球型外殼(5)的內表面采用固化膠連接，焊接在中心支撐塊(1-1)右側面的支撐柱(1-2)的右端面與球型外殼(5)的內表面采用固化膠連接；

球形外殼(5)內安裝好三維骨架(1)后，剩余空間用于容納6個3dB光纖耦合器(4)；每個3dB光纖耦合器(4)的第一端口(4-1)和第四端口(4-4)光纖均從上半球殼(5-1)的側面的第二圓孔(5-3)伸出。

2.如權利要求1所述的一種光纖矢量磁場傳感器，其特征在于所述中心支撐塊(1-1)的邊長為a滿足5mm≤a≤100mm；支撐柱(1-2)總長度L1滿足L1≤200mm；粗圓柱(1-2-1)長度L11滿足2mm≤L11L1。

3.如權利要求1所述的一種光纖矢量磁場傳感器，其特征在于所述無磁鋼套管表面鍍層(2-2)厚度h滿足ha-d22。