[發(fā)明專利]一種基于光纖諧振腔的微弱磁傳感裝置

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011127909.5
• 申請(qǐng)日: 2020-10-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN114355259A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 邢恩博;邢國(guó)徽;戎佳敏;賈濤;劉文耀;唐軍;劉俊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中北大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R33/032
• 分類號(hào): G01R33/032
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明公開(kāi)了一種基于光纖諧振腔的微弱磁傳感裝置，包括窄線寬激光器、隔離器、相位調(diào)制器、第一光衰減器、第二衰光減器、三維線圈、核心磁敏感單元、FPGA電路、示波器，F(xiàn)PGA電路采用XC4VLX60芯片設(shè)計(jì)的環(huán)路鎖頻算法，包含光電探測(cè)器(PD)、信號(hào)發(fā)生器、鎖相放大器。本發(fā)明可以快速準(zhǔn)確的檢測(cè)到微弱的直流磁信號(hào)，靈敏度高，具有穩(wěn)定的可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于光纖諧振腔的微弱磁傳感裝置，主要用于測(cè)量微弱的直流磁信號(hào)，屬于儀器儀表技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

磁傳感器作為一種重要的傳感器廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和電子產(chǎn)品中。由于磁傳感器具有高靈敏度、高溫度穩(wěn)定性、抗干擾能力強(qiáng)、小型化和低功耗的發(fā)展趨勢(shì)等特點(diǎn)，國(guó)內(nèi)外諸多公司學(xué)者近年來(lái)對(duì)其進(jìn)行了深入廣泛的研究。隨著工藝和技術(shù)的不斷提高改進(jìn)，磁傳感器的精度也隨之得到了極大改善。但是，目前無(wú)論是超導(dǎo)量子干涉儀還是原子磁力計(jì)以及NV色心磁力計(jì)等仍然存在靈敏度低、造價(jià)高昂、體積巨大、應(yīng)用面窄以及產(chǎn)品成熟度較低等缺點(diǎn)，導(dǎo)致磁傳感器在檢測(cè)微弱的直流磁信號(hào)受到了極大的限制。

為了解決這些問(wèn)題，基于腔光力學(xué)的機(jī)理，以光學(xué)諧振腔和超磁致伸縮材料為核心敏感單元的磁傳感器件得到了極大的發(fā)展，利用腔光機(jī)械機(jī)理，放大磁信號(hào)，提高系統(tǒng)的信噪比，從而提高系統(tǒng)靈敏度。但是采用這種方法，光機(jī)械產(chǎn)生的信號(hào)極易受到環(huán)境的干擾，另外系統(tǒng)難于集成，與實(shí)際應(yīng)用有較大差別。

本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于光纖諧振腔的微弱磁傳感裝置，可以提高磁傳感的靈敏度，從而檢測(cè)微弱的直流磁信號(hào)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足和缺陷，本發(fā)明的目的在于提供一種基于光纖諧振腔的微弱磁傳感裝置，可以提高提高磁傳感器的靈敏度，從而檢測(cè)微弱的直流磁信號(hào)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種基于光纖諧振腔的微弱磁傳感裝置，包括窄線寬激光器1、隔離器2、相位調(diào)制器3、第一光衰減器41、第二衰光減器42、三維線圈5、核心磁敏感單元6、FPGA電路10、示波器11。其特征在于：所述FPGA電路10包含光電探測(cè)器(PD)7、信號(hào)發(fā)生器8、鎖相放大器9，所述窄線寬激光器1通過(guò)光纖與隔離器2相連，所述隔離器2通過(guò)光纖與相位調(diào)制器3相連，所述相位調(diào)制器3通過(guò)光纖與第一光衰減器41相連，所述第一光衰減器41通過(guò)光纖與三維線圈5相連，所述核心磁敏感單元6放置在三維線圈5內(nèi)，所述三維線圈5通過(guò)光纖與第二衰光減器42相連，所述第二衰光減器42通過(guò)光纖、光纖跳線與FPGA電路10相連，所述FPGA電路10通過(guò)導(dǎo)線與相位調(diào)制器3相連，所述FPGA電路10通過(guò)導(dǎo)線與窄線寬激光器1相連，所述FPGA電路10通過(guò)導(dǎo)線與示波器11相連。

上述所述的光電探測(cè)器(PD)7通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)發(fā)生器8連接，所述信號(hào)發(fā)生器8傳輸信號(hào)至鎖相放大器9。

上述所述的核心磁敏感單元6包括單模保偏光纖諧振腔61和超磁致伸縮材料Terfenol-D 62組成。

上述所述的單模保偏光纖諧振腔61由單模保偏光纖和光纖耦合器63組成。

核心磁敏感單元6的制作方法如下：

通過(guò)將單模保偏光纖緊致纏繞在超磁致伸縮材料Terfenol-D表面20-70圈，將所述單模保偏光纖首尾兩端用膠固定在Terfenol-D表面，所述單模保偏光纖表面采用膠涂覆固定，所述單模保偏光纖首尾分別與光纖耦合器熔接，從而制備超高Q(品質(zhì)因子)的對(duì)微弱磁信號(hào)敏感的單模保偏光纖諧振腔。

上述所述的光纖耦合器將耦合將進(jìn)入核心磁敏感單元的光的能量的90％耦合進(jìn)入單模保偏光纖諧振腔。

上述所述的膠主要指UV紫外固化膠。

上述所述的超磁致伸縮材料Terfenol-D直徑為0.5cm-3cm。

上述所述的三維線圈5產(chǎn)生直流偏置磁場(chǎng)B1和檢測(cè)磁場(chǎng)B2。