本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，具體涉及一種基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展以及科技的不斷進(jìn)步，磁場傳感已成為信息技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)中不可或缺的傳感技術(shù)之一,并且在安全、準(zhǔn)確、可靠等方面提出了更高的要求，因此必須研究新的磁場傳感設(shè)備以適應(yīng)當(dāng)今社會(huì)的要求,其中光纖磁場傳感器是重點(diǎn)發(fā)展的一種磁場傳感器。

傳統(tǒng)的磁場傳感器由于體積大又笨重、易受電磁干擾、溫漂大、磁滯現(xiàn)象和鐵磁共振等問題而具備一定的局限性；而與傳統(tǒng)的磁場傳感器相比，光纖磁場傳感器在磁場傳感方面有著突出的優(yōu)勢，除了體積小、重量輕以外，還具有抗輻射、抗干擾、防爆等優(yōu)點(diǎn)，因而逐漸在磁場探測領(lǐng)域取代傳統(tǒng)的磁場傳感器，對于現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有極其重要的意義。

磁光效應(yīng)、磁致伸縮、壓電效應(yīng)、電光效應(yīng)、熱效應(yīng)等是光纖磁場傳感器目前所利用的主要的物理效應(yīng)，其中基于磁光效應(yīng)的磁場傳感器基本原理是磁場與在磁光材料中傳輸?shù)墓獍l(fā)生直接或者間接的相互作用，從而改變光的參數(shù)，包括光的強(qiáng)度、波長和偏振態(tài)等，該類光纖磁場傳感器具有測量分辨率好、精度高等優(yōu)點(diǎn)，在光纖電流與磁場傳感方向具有很大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

除了以上優(yōu)點(diǎn)以外,此類光纖磁場傳感器在其實(shí)用化過程中也存在其自身的缺陷，其中溫度對測量結(jié)果的影響尤為突出,隨著溫度的變化表現(xiàn)為測量結(jié)果出現(xiàn)時(shí)間上的漂移，因此，研制具有溫度補(bǔ)償功能的、可進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測的光纖磁場傳感裝置具有現(xiàn)實(shí)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有光纖磁場傳感器的不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提出一種基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感裝置，包括：光源、電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器、信號(hào)發(fā)生器、光纖耦合器一、可調(diào)衰減器、光纖耦合器二、磁場傳感裝置、延遲光纖一、延遲光纖二、溫控裝置、光電探測器、顯示裝置、溫度測量裝置；

所述各器件的連接如下：

光源與電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器的輸入端口相連，電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器的調(diào)制端口連接信號(hào)發(fā)生器，構(gòu)成光脈沖信號(hào)發(fā)生部分；

可調(diào)衰減器的控制端口連接溫控裝置，溫控裝置連接溫度測量裝置構(gòu)成溫度補(bǔ)償部分；

電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器的輸出端口與光纖耦合器一的第一輸入端口相連，光纖耦合器一的輸出端口與可調(diào)衰減器的輸入端口相連，可調(diào)衰減器的輸出端口與光纖耦合器二的輸入端口相連，光纖耦合器二的第一輸出端口與磁場傳感裝置相連接，磁場傳感裝置的另一端口與光纖耦合器一的第二輸入端口相連構(gòu)成基于光纖環(huán)型腔衰蕩技術(shù)的磁場傳感部分；

光纖耦合器二的第二輸出端口與光電探測器的輸入端口相連，光電探測器的輸出端口與顯示裝置相連構(gòu)成信號(hào)檢測部分；

所述磁場傳感部分中光纖環(huán)型衰蕩腔內(nèi)包含溫度補(bǔ)償裝置；

所述磁場傳感裝置為單模光纖-光子晶體光纖-單模光纖結(jié)構(gòu)，所述單模光纖與光子晶體光纖外徑相同；

所述單模光纖-光子晶體光纖-單模光纖結(jié)構(gòu)連接方式為：取內(nèi)徑與所述單模光纖和光子晶體光纖外徑相等的毛細(xì)玻璃套管，分別將單模光纖與光子晶體光纖插入，對接之后將套管兩端用無影膠將玻璃套管與光纖固定；

所述光子晶體光纖氣孔內(nèi)選擇性填充磁性液體，利用內(nèi)外引入壓力差方法，首先將部分氣孔兩端用膠密封，然后用注射器將磁性液體注入未密封氣孔中，完成后將兩端帶有密封膠的部分切掉之后與單模光纖進(jìn)行對接；

所述磁性液體可以為水基鐵磁流體或油基鐵磁流體；

所述光子晶體光纖長度范圍為3-10cm；

所述光源為ASE寬帶光源，所述電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器為鈮酸鋰晶體構(gòu)成的電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器，所述顯示裝置為示波器或者計(jì)算機(jī)或者相應(yīng)的電信號(hào)接收裝置，所述光纖耦合器分光比范圍為0.2:99.8至1:99；

所述磁場傳感部分中光纖環(huán)型衰蕩腔內(nèi)包含兩段延遲光纖，延遲光纖一和延遲光纖二，所述延遲光纖一和延遲光纖二長度可在5-2000m范圍內(nèi)自由設(shè)定，從而可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感；

本發(fā)明的有益效果具體如下：

本發(fā)明提出一種基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感裝置；

將基于光子晶體光纖的光纖環(huán)型腔衰蕩技術(shù)與溫度補(bǔ)償相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)光纖磁場傳感器靈敏度在現(xiàn)有基礎(chǔ)上提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)并同時(shí)增強(qiáng)了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性；

在傳感光纖衰蕩腔內(nèi)引入兩段延遲光纖，對實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離磁場傳感研究具有重要意義。

附圖說明

圖1為一種基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感裝置；

圖2為磁場傳感裝置放大結(jié)構(gòu)；

圖3為系統(tǒng)輸出信號(hào)；

圖4為衰蕩時(shí)間與磁場關(guān)系曲線。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：下面結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式所述的基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感裝置，它包括包括光源（1）、電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器（2）、信號(hào)發(fā)生器（3）、光纖耦合器一（4）、可調(diào)衰減器（5）、光纖耦合器二（6）、磁場傳感裝置（7）、延遲光纖一（8）、延遲光纖二（9）、溫控裝置（10）、光電探測器（11）、顯示裝置（12）、光纖光柵測溫裝置（13）；

光源（1）發(fā)出的寬頻帶光信號(hào)經(jīng)連接信號(hào)發(fā)生器（3）的電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器（2）調(diào)制產(chǎn)生光脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)經(jīng)光纖耦合器一（4）的第一輸入端口進(jìn)入光纖衰蕩腔，經(jīng)歷溫控可調(diào)衰減器（5）之后，該光信號(hào)的99.5%有光纖耦合器二（6）的第一輸出端口傳入磁場傳感裝置（7），該路光信號(hào)在進(jìn)行磁場傳感之后，經(jīng)光纖耦合器一（4）第二輸入端口再次經(jīng)歷與初始輸入光信號(hào)相同的過程，如此往復(fù)循環(huán)，直至該脈沖強(qiáng)度衰減為零，另一路0.5%光脈沖信號(hào)經(jīng)光纖耦合器二（6）的第二輸出端輸出，由光電探測器探測并輸入電信號(hào)顯示裝置；

本實(shí)施方式所述光源（1）為ASE寬帶光源，帶寬為40nm，中心波長為1550nm；

本實(shí)施方式所述光纖耦合器分光比均為0.5:99.5；

本實(shí)施方式所述電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器（2）為鈮酸鋰電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器；

本實(shí)施方式所述顯示裝置（12）為示波器；

本實(shí)施方式所述溫度測量裝置（13）為光纖光柵測溫裝置。

具體實(shí)施方式二：圖2，所述磁場傳感裝置（7）結(jié)構(gòu)包括：輸入單模光纖（14）、光子晶體光纖（17）、輸出單模光纖（18）、玻璃毛細(xì)管（16）、磁流體（20）；

將光子晶體光纖部分氣孔兩端用膠密封，使用注射器利用引入內(nèi)外壓力差方法將磁流體注入未密封空氣孔內(nèi)，完成后將兩端帶有密封膠的部分切掉，然后將處理完的光子晶體光纖（17）兩端分別插入毛細(xì)玻璃管（16,21）并分別與輸入單模光纖（14）和輸出單模光纖（18）進(jìn)行對接，對接完成之后用無影膠（15）將單模光纖與毛細(xì)玻璃管固定；

所述磁流體為水基鐵磁流體；

所述玻璃毛細(xì)管內(nèi)徑和光子晶體光纖外徑與單模光纖外徑相同；

所述光子晶體光纖長度為10cm。

工作原理：

基于溫度補(bǔ)償高靈敏度遠(yuǎn)距離光纖磁場傳感：

工作過程：如圖1所示，光源（1）輸出光信號(hào)經(jīng)鈮酸鋰電光波導(dǎo)強(qiáng)度調(diào)制器（2）調(diào)制產(chǎn)生光脈沖信號(hào)，光脈沖信號(hào)經(jīng)光纖耦合器一（4）進(jìn)入光纖環(huán)形衰蕩腔，經(jīng)可調(diào)衰減器（3）后經(jīng)由耦合器二（6）0.5%信號(hào)光輸出用于探測，剩余99.5%信號(hào)光繼續(xù)在衰蕩腔內(nèi)傳播，經(jīng)過光纖磁場傳感裝置（7），經(jīng)由由耦合器一（4）再一次經(jīng)歷衰蕩腔，如此循環(huán)傳輸，每傳輸一圈，衰減一次，并由光纖耦合器二（6）輸出一個(gè)待測信號(hào)，由光電探測器（11）探測，示波器（12）顯示；

在磁場傳感過程中，將磁場傳感裝置（7）置于待測磁場中，所述磁場方向垂直于磁場傳感裝置（7）中光子晶體光纖。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式對具體實(shí)施方式二做進(jìn)一步說明，在磁場傳感過程中，所述光纖光柵測溫裝置（13）與溫控裝置（10）相連，實(shí)時(shí)地將傳感過程中環(huán)境溫度反饋給溫控裝置（10），通過溫控裝置（10）控制光纖環(huán)型衰蕩腔內(nèi)可調(diào)衰減器的衰減大小，從而補(bǔ)償溫度對腔內(nèi)光脈沖信號(hào)的影響。

具體實(shí)施方式四：圖3為示波器（12）所接收信號(hào)。

具體實(shí)施方式五：圖4，利用計(jì)算機(jī)對示波器（12）所接收信號(hào)進(jìn)行處理，得到待測信號(hào)衰蕩時(shí)間與磁場之間的關(guān)系曲線。