[發明專利]一種光纖磁致折變效應測量系統及方法

有效

• 申請號: 202110635314.9
• 申請日: 2021-06-08
• 公開（公告）號: CN113514787B
• 公開（公告）日: 2022-08-05
• 發明（設計）人: 王廷云;劉思晨;黃懌;鄧傳魯;胡程勇
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

1.一種光纖磁致折變效應測量系統，其特征在于：包括激光器(1)、耦合器甲(2)、傳感光纖(3)、參考光纖(4)、載波發生器(5)、耦合器乙(6)、光電探測器(7)、數據采集與處理模塊(8)；

所述激光器(1)的輸出端口與耦合器甲(2)的第一端口(21)連接，耦合器甲(2)的第二端口(22)與傳感光纖(3)的第一端口(31)連接，且耦合器甲(2)的第三端口(23)與參考光纖(4)的第一端口(41)連接；所述傳感光纖(3)的第二端口(32)與耦合器乙(6)的第二端口(62)連接，且參考光纖(4)的第二端口(42)與耦合器乙(6)的第三端口(63)連接；所述耦合器乙(6)的第一端口(61)與光電探測器(7)的輸入端口連接；所述的數據采集與處理模塊(8)的輸入端口與光電探測器(7)的輸出端口連接；

所述的傳感光纖(3)置于磁場環境中，用于將磁場信號調制為折射率信號；

所述的載波發生器(5)通過在參考光纖(4)上纏繞壓電陶瓷繞制而成，且壓電陶瓷與信號發生器相連，用于產生相位載波信號；

利用所述光纖磁致折變效應測量系統進行光纖磁致折變效應測量時，其方法包括如下步驟：

a.激光器(1)輸出的光信號經過耦合器甲(2)分為傳感光纖(3)和參考光纖(4)傳輸的兩束光，兩束光在耦合器乙(6)處發生干涉，干涉光信號強度被光電探測器(7)檢測；

b.直流磁場測量時，在傳感光纖(3)上施加直流磁場，磁場改變傳感光纖(3)的折射率，引起傳感光纖(3)與參考光纖(4)中光信號的光程差變化，改變耦合器乙(6)的輸出干涉光信號強度，干涉光強被光電探測器轉為干涉電壓，通過檢測干涉電壓測量直流磁場作用下傳感光纖(3)的折射率變化；交流磁場測量時，在傳感光纖(3)上施加交流磁場，且在參考光纖(4)上通過載波發生器(5)施加相位載波信號，耦合器乙(6)輸出被交流磁場調制的干涉光信號，干涉光信號被光電探測器(7)轉為干涉電壓信號被采集至數據采集與處理模塊，對干涉電壓信號進行數據處理還原傳感光纖(3)磁致折變效應引起的相位變化；

c.針對直流磁場測量，根據每個磁場下檢測的干涉電壓，通過干涉公式計算傳感光纖(3)在磁場下對應的折射率，實現直流磁場作用下傳感光纖(3)的折射率變化測量；針對交流磁場測量，將干涉電壓信號與基頻載波信號和二倍頻載波信號分別混頻得到兩路混頻信號，采用低通濾波器將兩路混頻信號中的高頻信號濾除得到兩路濾波信號，將兩路濾波信號進行微分交叉相乘運算得到一路信號和二路信號，對一路信號和二路信號依次進行減法運算、積分運算和帶通濾波后得到光纖磁致折變效應引起的相位變化，通過解調相位實現交流磁場作用下傳感光纖(3)的折射率變化測量。

2.根據權利要求1所述的光纖磁致折變效應測量系統，其特征在于，激光器(1)輸出的光信號經過耦合器甲(2)分為傳感光纖(3)和參考光纖(4)傳輸的兩束光，兩束光在耦合器乙(6)處發生干涉，干涉光信號強度被光電探測器(7)檢測并轉為電信號，被數據采集與處理模塊(8)采集和處理。

3.根據權利要求1所述的光纖磁致折變效應測量系統，其特征在于，耦合器甲(2)、傳感光纖(3)、參考光纖(4)、耦合器乙(6)連接構成一個Mach-Zehnder光纖干涉儀，傳感光纖(3)構成Mach-Zehnder光纖干涉儀的傳感臂，參考光纖(4)構成Mach-Zehnder光纖干涉儀的參考臂，耦合器甲(2)的第一端口(21)為Mach-Zehnder光纖干涉儀的光輸入端口，耦合器乙(6)的第一端口(61)為Mach-Zehnder光纖干涉儀的光輸出端口。

4.根據權利要求1所述的光纖磁致折變效應測量系統，其特征在于，所述系統基于傳感光纖(3)的磁致折變效應，傳感光纖(3)的折射率受到外界磁場調制，引起傳感光纖(3)與參考光纖(4)中兩路光信號的光程差變化，最終改變耦合器乙(6)輸出的干涉光信號強度，通過檢測干涉光強測量傳感光纖(3)在磁場作用下的折射率變化。