[發明專利]一種基于NSiV雙色心的MNF磁場測試方法及裝置

在審

• 申請號: 202310401473.1
• 申請日: 2023-04-15
• 公開（公告）號: CN116577705A
• 公開（公告）日: 2023-08-11
• 發明（設計）人: 沈濤;袁悅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明專利提供了一種基于NSiV雙色心的MNF磁場測試方法及裝置，它包括光纖激光器(1)、磁場測試裝置(2)、光電轉換模塊(3)、ADC模塊(4)、微處理器(5)、計算機(6)。本發明專利采用倏逝場增強馬赫曾德原理，通過金剛石NSiV雙色心納米材料涂覆MNF進行傳感，光纖激光器輸出的光源激發金剛石NSiV雙色心納米材料使其產生熒光，與傳感單元中的光束發生干涉。磁場變化時，光譜儀會檢測出不同干涉譜，定義新型平均靈敏度作為傳感器性能的判定標準，從而實現對磁場的實時監測。本發明以磁場檢測為目標，有效解決了傳統磁場傳感器磁滯、易燃、體積大、不易操作等問題，并且實現了對磁場的實時測量。

技術領域

本發明專利涉及一種基于NSiV雙色心的MNF磁場測試方法及裝置，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

磁場是最常見的物理量之一，在生物、醫療、教育、軍事等領域的應用越來越廣泛。尤其是軍事方面的應用更為迫切，在信息化時代的戰爭離不開磁場，電磁控制成為制勝的法寶。目前，磁場傳感器在軍事領域中廣泛應用于磁性掃雷、水底磁探測、船舶磁導航等。水底磁探測可以彌補傳統聲納探測由于水底噪聲帶來的誤差。

傳統磁場探測方式為多數由電信號探測為主，但是承載電信號的器件多為金屬材質，因此這種器件本身就會對磁場造成一定的變化產生較大誤差。另外，一些大型磁場環境存在油，尤其是電流互感器本身就存在油，以電信號為主的檢測導致磁場環境存在易燃易爆炸等風險；而且還存在退磁現象以及磁滯現象，很大程度上對測量結果產生較大誤差。

光纖傳感器與傳統的電子傳感器相比，具有信噪比高、可遠程監測、不受電磁干擾、靈敏度高、并且具有較高的靈活使用性。目前，已經研制出很多有關溫度、應力磁場等光纖傳感器，存在對磁場檢測的光纖傳感器多采用磁致伸縮以及磁流體作為敏感材料，但是對弱磁場的探測能力較弱，金剛石NSiV雙色心作為敏感材料可以實現對弱磁場的檢測，并且倏逝場的存在可以有效提高檢測靈敏度。邊策等人(邊策.納米金剛石氮-空位色心傳感特性及光纖集成技術研究[D].西北大學,2021.DOI:10.27405/d.cnki.gxbdu.2021.002188.)對納米金剛石氮-空位色心傳感特性及光纖集成技術進行研究，但是該研究采用的是空間光調制，空間光調制在實際應用中易受環境干擾，而本方法將光偶合進光纖進行傳輸，提高了光纖傳感器的應用價值，并且本方法采用金剛石雙色心來提高傳感特性；張軍英等人(張軍英.新型光纖磁場傳感技術研究[D].西北大學,2019.DOI:10.27405/d.cnki.gxbdu.2019.000277.)提出了一種新型光纖磁場傳感技術，但是該技術采用磁流體填充馬赫曾德結構，屬于倏逝場引起光程差，本技術屬于熒光激發產生光程差，二者有本質區別；HatanoY等人(Hatano?Y,Shin?J,Nishitani?D,et?al.Simultaneousthermometry?and?magnetometry?using?afiber-coupled?quantum?diamond?sensor[J].Applied?Physics?Letters,2021,118(3):034001.)提出使用光纖耦合量子金剛石傳感器同時進行測溫和磁力測量技術，該方法將金剛是塊狀連接在光纖表面，在這類方法中光纖只起到傳輸光的效果并非傳感，主要通過微波調頻手段，本方法采用全光學方法，屬于光纖傳感；Zhang?J等人(Zhang?J,Wang?C,ChenY,et?al.Fiber?structures?and?materialscience?in?optical?fiber?magnetic?field?sensors[J].Frontiers?ofOptoelectronics,2022,15(1):34.)總結了光纖磁場傳感器的結構以及磁敏材料，但是這類方法都屬于倏逝場引起光程差改變從而實現傳感，而本方法則為熒光激發產生光程差，因此而這有本質區別。

發明內容

針對上述問題，本發明提出一種基于NSiV雙色心的MNF磁場測試方法及裝置，解決目前對磁場檢測易受環境影響并且難以實現弱磁場檢測的問題，實現了一些較弱磁場的檢測。