[發明專利]一種矢量磁場傳感器及矢量磁場檢測系統和方法

有效

• 申請號: 202111005998.0
• 申請日: 2021-08-30
• 公開（公告）號: CN113740785B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 林啟敬;朱良全;趙娜;孫林;蔣莊德
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 朱海臨

本發明公開了一種矢量磁場傳感器及矢量磁場檢測系統和方法，通過將光纖中間呈環形設置，光纖的環形外部套設有圓柱殼體，光纖的環形截面與圓柱殼體的軸線垂直，圓柱殼體內填充有磁流體，利用磁流體沿著磁場形成鏈結構，呈現各向異性分布，當磁場方向改變時，磁流體沿著新的磁場方向形成新的鏈狀結構，在不同磁場情況下，磁流體在呈環形結構的光纖結構周圍的折射率是不同的，利用寬帶光源產生寬波段光，然后利用光譜儀監測在不同磁場大小下干涉光譜的變化，記錄在相應磁場大小下的干涉光譜，利用不同方向下氣球狀光纖結構周圍的折射率差，便可以實現磁場方向的測量，結構簡單，檢測準確度高，能夠同時檢測磁場的方向和大小，大大提高了檢測效率。

技術領域

本發明涉及磁場檢測以及光纖傳感技術領域，具體涉及一種矢量磁場傳感器及矢量磁場檢測系統和方法。

背景技術

磁場測量在電力、航海、生物傳感等工業領域有著廣泛的應用。與傳統的電傳感器相比，光纖磁傳感器具有精度高、結構緊湊、成本低、抗電磁干擾、耐腐蝕等優點。

目前，許多磁敏材料被提出與光纖傳感器相結合用于磁場測量，如Terfenol-D、Metglas合金和磁流體。其中，基于磁流體的光纖磁場傳感器具有其優異的磁光性能、易操作、低成本和高靈敏度的特點。

磁場作為一個矢量，既有大小又有方向。現有的光纖磁流體磁場傳感器大多局限于磁場強度測量而忽視的磁場方向的測量，這嚴重限制了光纖磁場傳感器的應用。

發明內容

本發明的目的在于提供一種矢量磁場傳感器及矢量磁場檢測系統和方法，以克服現有技術的不足。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種矢量磁場傳感器，包括光纖，光纖中間呈環形設置，光纖的環形外部套設有圓柱殼體，光纖的環形截面與圓柱殼體的軸線垂直，圓柱殼體內填充有磁流體。

進一步的，光纖呈環形設置靠近的兩端采用毛細管固定。

進一步的，圓柱殼體管壁與光纖采用UV膠水密封。

一種矢量磁場傳感器的制備方法，包括以下步驟：

S1，將一段單模光纖的兩末端插入毛細管中，并同時拖拉光纖兩末端，獲得初始環形結構；

S2，將呈環形結構的中心加熱變形、冷卻后固定；

S3，將毛細管與光纖固定后，在光纖中間呈環形設置的部分外圈套設圓柱殼體，中間呈環形設置的光纖平面與圓柱殼體柱面平行；

S4，將光纖與圓柱殼體外壁接觸部分密封，然后向圓柱殼體內注入磁流體后再次密封圓柱殼體即可得到矢量磁場傳感器。

一種矢量磁場檢測系統，包括光譜儀、寬帶光源和矢量磁場傳感器，矢量磁場傳感器設置于待測磁場內，光譜儀和寬帶光源分別連接于矢量磁場傳感器的兩端，寬帶光源用于產生寬波段的光，光譜儀用于監測干涉光譜的變化。

進一步的，磁場臺上設有旋轉支架，矢量磁場傳感器固定于旋轉支架上。

進一步的，磁場臺采用赫姆霍茨線圈，赫姆霍茨線圈連接電源，電源采用直流電源。

一種矢量磁場檢測方法，包括以下步驟：

S1，將矢量磁場傳感器在已知磁場大小和方向的磁場下進行標定，得到在不同磁場大小下對應的干涉光譜值，然后將標定后的矢量磁場傳感器固定于待測磁場中；

S2，轉動矢量磁場傳感器在待測磁場中的方向，然后利用光譜儀獲取矢量磁場傳感器在待測磁場中干涉光譜，根據干涉光譜的波谷位置以及折射率與標定值對比，即可得到待測磁場的大小和方向。