[發(fā)明專利]磁致折變光纖折射率測量系統(tǒng)

在審

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• 申請日: 2021-05-08
• 公開（公告）號(hào): CN113281011A
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王廷云;黃素娟;黃彩紅;董艷華;閆成;孫婉婷;黃懌
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G01M11/02
• 分類號(hào): G01M11/02;G01M11/04;G01M11/00
• 代理公司: 貴州派騰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 52114
• 代理人: 唐斌

本發(fā)明公開了一種磁致折變光纖折射率測量系統(tǒng)，包括光源101，通過分光裝置102將光源101的光分為兩束，一束光作為參考光，另一束作為測量光，待測光纖105置于磁場中，測量光經(jīng)過待測光纖105透射后和參考光進(jìn)入光路干涉模塊108。激光光源通過單模光纖連接輸出到分光設(shè)備，分光設(shè)備分路器將光源分為兩束，經(jīng)反光鏡改變路徑后將經(jīng)過磁致折變光纖的物光與參考光進(jìn)行耦合合束，CCD感光界面形成干涉，通過調(diào)整分路器可以調(diào)節(jié)物光波與參考光波角度，光線聚焦獲取清晰的全息圖。通過干涉信息處理從而獲取磁敏感光纖磁場下的折射率變化情況，進(jìn)一步驗(yàn)證磁敏感摻雜元素光纖的磁致折變特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于測量光纖在不同磁場下折射率變化的裝置。

背景技術(shù)

磁場探測技術(shù)廣泛應(yīng)用于軍事工程、資源勘探、地震預(yù)警、科學(xué)研究、工業(yè)檢測、醫(yī)療等領(lǐng)域。然而傳統(tǒng)的電學(xué)磁場傳感器在實(shí)際應(yīng)用中存在一些缺陷，在小型化、功耗、成本、穩(wěn)定性、復(fù)用能力和遠(yuǎn)程監(jiān)控等方面存在明顯不足。高靈敏度，可應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境磁探測技術(shù)，是目前磁場目標(biāo)探測核心難題。相較于電子器件，光纖傳感器具有高靈敏度、高精度、大動(dòng)態(tài)范圍、抗電磁干擾以及耐高溫高壓等顯著技術(shù)優(yōu)勢，在磁場測量，特別是微弱磁場測量方面受到了廣泛關(guān)注。隨著光纖傳感等技術(shù)的發(fā)展，各種磁性材料通過涂覆、粘貼、拼接等手段與光纖耦合，實(shí)現(xiàn)高靈敏度的磁場測量。

折射率作為衡量光纖性能的一個(gè)重要指標(biāo)，不同于磁致伸縮效應(yīng)導(dǎo)致材料形變不可逆，也區(qū)別與磁致旋光效應(yīng)需要復(fù)雜系統(tǒng)增加成本，磁致折變效應(yīng)可以進(jìn)行無損測試以及多次重復(fù)測試，具有較高的穩(wěn)定性和靈敏度，在光纖磁場傳感應(yīng)用方面均具有巨大優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的光纖磁場傳感相比，通過在光纖中摻雜磁性材料，利用磁致折變特性實(shí)現(xiàn)磁場傳感，以光纖本身作為敏感元不僅彌補(bǔ)了磁場傳感中磁流體易揮發(fā)易沉積、制備困難等不足，而且在體積、靈敏度、靈活性、使用壽命等方面更具有優(yōu)勢。光纖的磁致折變特性測量系統(tǒng)可以解決現(xiàn)有磁探測儀靈敏度較低、體積大、需要供電、組網(wǎng)困難、無法滿足復(fù)雜環(huán)境如水下長期工作的難題，為未來的基于光纖折射率磁場傳感提供了新的解決方案。

但是目前鮮少有關(guān)于磁致折變光纖的相關(guān)研究。如何高精度的測量磁場下光纖的折射率變化，是目前光纖磁致折變特性研究的空白。在光纖中摻雜磁感應(yīng)材料提高光纖的磁特性，通過光纖折射率變化來反映磁場大小，并且光纖本身抗電磁干擾可以強(qiáng)磁場惡劣環(huán)境下工作，具有測試范圍廣、抗電磁干擾、測試精度高的優(yōu)勢，在磁場傳感領(lǐng)域具有廣泛的研究意義和普遍的應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：針對目前沒有專門用于測量光纖磁致折變特性裝置的問題，提出一種磁致折變光纖折射率分布測量系統(tǒng)，為研究光纖的磁致折變特性提供新思路，在光纖磁場傳感領(lǐng)域開創(chuàng)新道路。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種磁致折變光纖折射率測量系統(tǒng)，包括光源101，通過分光裝置102將光源101的光分為兩束，一束光作為參考光，另一束作為測量光，待測光纖105置于磁場中，測量光經(jīng)過待測光纖105透射后和參考光進(jìn)入光路干涉模塊108。

待測光纖105垂直于測量光光路，測量光沿待測光纖105的橫向傳播。

待測光纖105安裝在光纖自動(dòng)對焦支架106上，光纖自動(dòng)對焦支架106置于磁場發(fā)生裝置2中。

待測光纖105浸沒在含匹配液的比色皿中，再由光纖自動(dòng)對焦支架106固定光纖和比色皿。

采用溫控設(shè)備3調(diào)節(jié)待測光纖105的溫度。

磁場發(fā)生裝置2置于電磁屏蔽裝置4中。

整個(gè)測量系統(tǒng)安裝在真空穩(wěn)定裝置5中。

參考光和測量光的光路上安裝反光鏡103，參考光經(jīng)反光鏡103進(jìn)入光路干涉模塊108，測量光經(jīng)反光鏡103進(jìn)入待測光纖105折射后進(jìn)入光路干涉模塊108。