[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

本發明公開了一種光纖矢量磁場傳感器，目的是提供能同時進行磁場強度和方向測量的傳感器。本發明由三維骨架、6個套管、單模光纖、6個3dB光纖耦合器、球型外殼組成；三維骨架由中心支撐塊和6根支撐柱組成；套管由無磁鋼套管和無磁鋼套管表面鍍層組成，無磁鋼套管同軸套于支撐柱外側；單模光纖分6組，每組包含參考臂光纖和傳感臂光纖；參考臂光纖纏繞于細圓柱的外側面；傳感臂光纖纏繞于無磁鋼套管表面鍍層外側面；球形外殼內容納三維骨架、6個套管和6個3dB光纖耦合器。本發明可有效傳感三維磁場強度和磁場方向，且磁場靈敏度可調、制作工藝簡單，采用本發明的測試儀可實現無源探測，可同時進行磁場強度和磁場方向測量。

技術領域

本發明涉及一種光纖傳感器，特別涉及一種基于磁致伸縮材料的光纖邁克爾遜干涉儀結構的光纖矢量磁場傳感器。

背景技術

磁致伸縮材料在外加磁場中進行磁化時，其物理結構如長度、體積會發生變化，是一種可用于磁場傳感的功能材料。將磁致伸縮材料與光纖傳感器結合可有效提高光纖傳感器的磁場靈敏度。

光纖邁克遜干涉儀結構是一種可用于光學傳感器設計的光學結構，外界物理量變化引起光纖邁克爾遜干涉儀傳感臂長度變化，進而引起輸出干涉光相位變化，通過檢測輸出干涉光的相位變化可有效檢測出外界物理量的變化，且具有較高的靈敏度。因此光纖邁克爾遜干涉儀結構廣泛應用于對多種物理量的光學傳感器的結構設計中。

經對現有技術的文獻檢索發現陳耀飛等人在公開號為CN 109541502 A的《一種基于側拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場傳感器及其制備與檢測方法》專利中設計了一種基于側拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場傳感器，該傳感器制作工藝復雜、條件要求較高。汪歆在2009年上海交通大學博士學位論文《改善干涉型光纖微弱磁場傳感器性能的若干關鍵技術研究》設計了一種改善干涉型光纖微弱磁場傳感器，該傳感器采用磁致伸縮材料和光纖邁克爾遜干涉儀結構結合可以進行磁場強度的測量，但無法對磁場方向進行測量，因此是一種光纖標量磁場傳感器。寇軍等人在公開號為CN 105182257 A的《一種基于相干粒子數俘獲效應的磁場矢量測量裝置和方法》專利中提出了一種基于相干粒子數俘獲效應的磁場矢量測量裝置和方法，雖然該裝置能對磁場方向進行測量，但結構復雜且傳感器中所包含的亥姆霍茲線圈需要通電才能進行測量，無法實現傳感器端無源探測。

目前尚沒有基于磁致伸縮材料的光纖邁克爾遜干涉儀結構的光纖矢量磁場傳感器的公開報導。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：

基于磁致伸縮材料的磁場傳感特性，提供一種基于光纖邁克爾遜干涉儀傳感原理的光纖矢量磁場傳感器，在實現傳感器端無源探測的條件下，既可以進行磁場強度的測量，又可以對磁場方向進行測量。

本發明的技術方案是：

本發明由三維骨架、6個套管、單模光纖、6個3dB光纖耦合器、球型外殼組成。

三維骨架由中心支撐塊和6根支撐柱組成。

中心支撐塊為正方體，邊長為a(5mm≤a≤100mm)，采用無磁鋼材料制備。

6根支撐柱分別焊接在中心支撐塊的6個面上。6根支撐柱完全相同，均由2段直徑不同的圓柱即粗圓柱和細圓柱組成，支撐柱總長度為L1(L1≤200mm)，粗圓柱的一端焊接在中心支撐塊的一個面上，粗圓柱的中軸線與中心支撐塊的這個面垂直。粗圓柱長度為L11，2mm≤L11L1，直徑為d1，d1a，粗圓柱側面刻有外螺紋。細圓柱與粗圓柱同軸相連，長度為L12，L12＝L1-L11，直徑為d2，d2d1，側面也刻有外螺紋。

套管由無磁鋼套管和無磁鋼套管表面鍍層組成。