一種光纖磁場(chǎng)傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種利用干設(shè)光相位檢測(cè)磁場(chǎng)的光纖磁場(chǎng) 傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁場(chǎng)的測(cè)量現(xiàn)如今已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于國(guó)防科技、醫(yī)學(xué)監(jiān)測(cè)、工業(yè)檢測(cè)等各種領(lǐng)域 當(dāng)中。醫(yī)學(xué)方面，應(yīng)用了通過(guò)測(cè)量人體屯、臟的跳動(dòng)來(lái)診斷疾病的"屯、磁圖"；國(guó)防方面，應(yīng)用 磁場(chǎng)檢測(cè)來(lái)探測(cè)潛艇、艦船消磁；工業(yè)方面，地質(zhì)勘探中應(yīng)用探磁法來(lái)尋找地下礦石。光纖 磁場(chǎng)傳感器能夠?qū)Υ艌?chǎng)進(jìn)行實(shí)時(shí)精確的測(cè)量，在該些領(lǐng)域里備受青睞。作為光纖傳感器中 的一種，光纖磁場(chǎng)傳感器經(jīng)歷了多次發(fā)展，現(xiàn)已在測(cè)量方法、測(cè)量范圍、測(cè)量技術(shù)等多方面 有了改善與提升。
[0003] 目前，傳統(tǒng)的微弱磁場(chǎng)傳感器主要包括磁通口式磁強(qiáng)計(jì)、質(zhì)子旋進(jìn)磁強(qiáng)計(jì)、光累磁 強(qiáng)計(jì)和超導(dǎo)量子干設(shè)磁強(qiáng)計(jì)（S卵ID)等。它們的工作原理與主要用途各有不同。然而，該 些傳統(tǒng)的磁場(chǎng)傳感器有著成熟的技術(shù)，能夠滿足不同靈敏度的需求，但在實(shí)際應(yīng)用中卻存 在著很多的限制因素，比如結(jié)構(gòu)復(fù)雜且體積過(guò)大、成本過(guò)高、響應(yīng)的動(dòng)態(tài)范圍小、頻帶窄、對(duì) 環(huán)境的要求過(guò)于苛刻等。所W，傳統(tǒng)的磁場(chǎng)傳感器已難W適應(yīng)科技的高速發(fā)展，人們正在不 斷的探索和研究突破常規(guī)缺陷的新型磁場(chǎng)傳感器。
[0004] 與傳統(tǒng)的弱磁測(cè)量?jī)x器相比，基于法拉第效應(yīng)的干設(shè)型光纖磁場(chǎng)傳感器具有結(jié)構(gòu) 簡(jiǎn)單、靈敏度高、響應(yīng)速度快、體積小、重量輕、成本低、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，可W在強(qiáng)電磁 干擾、高溫高壓、原子福射、易爆、化學(xué)腐蝕等傳統(tǒng)測(cè)磁儀器無(wú)法工作的惡劣條件下使用。
[0005] 光纖微弱磁場(chǎng)傳感器的研究開(kāi)始于1979年，目前采用的主要方案為基于 Michelson干設(shè)儀、基于Mach-Zehnder干設(shè)儀及基于F-P干設(shè)儀的光纖磁場(chǎng)傳感器。由于 該=個(gè)方案采用的為非互易的光路結(jié)構(gòu)，因此在光的偏振控制及抗干擾等方面存在局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，本發(fā)明提出了具有互易光路結(jié)構(gòu)的光纖磁場(chǎng)傳 感器。所述的光纖磁場(chǎng)傳感器由光源、禪合器、Y波導(dǎo)、偏振分束器、光纖環(huán)、90°法拉第旋光 反射鏡和光電探測(cè)器組成，所述的光纖環(huán)和90°法拉第旋光反射鏡組成傳感頭。光信號(hào)在 禪合器的輸入端分成兩路；一路是光源的尾纖同禪合器的一輸入端光纖烙接在一起，另一 路是光電探測(cè)器的尾纖與禪合器的另一輸入端光纖烙接在一起；禪合器的輸出端與Y波導(dǎo) 烙接，Y波導(dǎo)的一個(gè)輸出端保偏光纖與偏振分束器的一個(gè)輸入端保偏光纖烙接，Y波導(dǎo)的另 一個(gè)輸出端保偏光纖與偏振分束的另一個(gè)輸入端保偏光纖烙接，偏振分束器的輸出端光纖 同光纖環(huán)的輸入端光纖烙接，光纖環(huán)的輸出端光纖同90°法拉第旋光反射鏡輸入端烙接， 光電探測(cè)器的輸出端與信號(hào)處理電路相連接，從而測(cè)量磁場(chǎng)。
【附圖說(shuō)明】
[0007] 圖1為本發(fā)明提供的光纖磁場(chǎng)傳感器原理示意圖。
[000引 圖中；
[0009] 1、光源； 2、禪合器； 3、Y波導(dǎo)；
[0010] 4、偏振分束器；5、光纖環(huán)； 6、90°法拉第旋光反射鏡；
[0011] 7、光電探測(cè)器。
【具體實(shí)施方式】
[0012] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0013] 本發(fā)明提供一種光纖磁場(chǎng)傳感器，如圖1所示，由光源1、禪合器2、Y波導(dǎo)3、偏振 分束器4、光纖環(huán)5、90°法拉第旋光反射鏡6和光電探測(cè)器7組成，光信號(hào)在禪合器2的輸 入端分成兩路：一路是光源1的尾纖同禪合器2的一輸入端光纖烙接在一起，另一路是光電 探測(cè)器7的尾纖與禪合器2的另一輸入端光纖烙接在一起；禪合器2的輸出端與Y波導(dǎo)3 烙接，Y波導(dǎo)3的一個(gè)輸出端保偏光纖與偏振分束器4的一個(gè)輸入端保偏光纖烙接，Y波導(dǎo) 3的另一個(gè)輸出端保偏光纖與偏振分束器4的另一個(gè)輸入端保偏光纖烙接，偏振分束器4的 輸出端光纖同光纖環(huán)5的輸入端光纖烙接，光纖環(huán)5的輸出端光纖同90°法拉第旋光反射 鏡6輸入端烙接，所述的光纖環(huán)5和90°法拉第旋光反射鏡6組成傳感頭。光電探測(cè)器7 的輸出端與信號(hào)處理電路相連接，從而測(cè)量磁場(chǎng)。所述的光纖環(huán)5采用保偏光纖繞制而成。
[0014] 光路的基本原理為；SLD光源發(fā)出的光經(jīng)禪合器2后，到達(dá)Y波導(dǎo)3,形成兩束線偏 振光。線偏振光經(jīng)過(guò)偏振分束器4,偏振分束器4使得一束線偏振光偏振方向旋轉(zhuǎn)90°后 與另一束偏振光W正交模式在保偏光纖中傳輸。經(jīng)過(guò)處于軸向磁場(chǎng)中的光纖環(huán)5,產(chǎn)生相位 差。攜帶相位信息的兩束偏振光經(jīng)90°法拉第旋光反射鏡6反射后，偏振模式互換。返回 到處于軸向磁場(chǎng)中光纖環(huán)5,再次產(chǎn)生相位差。兩束正交模式的線偏光反向經(jīng)過(guò)偏振分束器 4后，分成兩束平行模式傳輸?shù)木€偏光，到達(dá)Y波導(dǎo)3處發(fā)生干設(shè)。
[0015] 垂直分量磁場(chǎng)引起的非互易相位差4與光纖環(huán)5的總應(yīng)數(shù)m成正比，與光纖環(huán)5 尺寸和形狀無(wú)關(guān)：
[0016]
[0017] 其中，n為纖巧折射率，H為垂直分量磁場(chǎng)強(qiáng)度，V為維爾德常數(shù)，A為波長(zhǎng)，m為 應(yīng)數(shù)。
[001引 由于光纖隨機(jī)扭轉(zhuǎn)和幾何扭轉(zhuǎn)的影響，兩束正交偏振光在偏振面上同時(shí)轉(zhuǎn)過(guò)相同 角度，沒(méi)有產(chǎn)生相位差。因此，當(dāng)該兩束偏振光在Y波導(dǎo)3處發(fā)生干設(shè)時(shí)，檢測(cè)到的相位差 信息不含由光纖隨機(jī)扭轉(zhuǎn)和幾何扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的相位差。
[0019] 本發(fā)明提供的光纖磁場(chǎng)傳感器可W實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)測(cè)量的互易光路測(cè)量，取代目前的 Michelson干設(shè)儀等非互易光路方案。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種光纖磁場(chǎng)傳感器，其特征在于：該光纖磁場(chǎng)傳感器的傳感頭至少具備有光纖環(huán) 和90°法拉第旋光反射鏡。 當(dāng)正交模式的兩束偏振光第一次經(jīng)過(guò)處于軸向磁場(chǎng)中的光纖環(huán)時(shí)，在垂直分量磁場(chǎng)的 作用下，只有與垂直分量磁場(chǎng)正交的偏振光會(huì)產(chǎn)生模式場(chǎng)偏移；經(jīng)過(guò)90°法拉第旋光反射 鏡后，兩束光的偏振模式互換；另一束偏振光旋轉(zhuǎn)到了與垂直分量磁場(chǎng)正交的位置，產(chǎn)生一 個(gè)相反方向的模式場(chǎng)偏移；模式場(chǎng)偏移結(jié)合光纖彎曲產(chǎn)生光程差，從而使檢測(cè)到的相位差 只包含垂直分量磁場(chǎng)引起的非互易相位差。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖磁場(chǎng)傳感器，其特征在于：垂直分量磁場(chǎng)引起的非互易 相位差巾與光纖環(huán)的總匝數(shù)成正比，與光纖環(huán)尺寸和形狀無(wú)關(guān)：其中，n為纖芯折射率，H為垂直分量磁場(chǎng)強(qiáng)度，V為維爾德常數(shù)，X為波長(zhǎng)，m為匝數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖磁場(chǎng)傳感器，其特征在于：光纖環(huán)采用保偏光纖繞制而 成。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖磁場(chǎng)傳感器，其特征在于：所述的光纖磁場(chǎng)傳感器由光 源、耦合器、Y波導(dǎo)、偏振分束器、光纖環(huán)、90°法拉第旋光反射鏡和光電探測(cè)器組成，所述的 光纖環(huán)和90°法拉第旋光反射鏡組成傳感頭；光信號(hào)在親合器的輸入端分成兩路：一路是 光源的尾纖同耦合器的一輸入端光纖熔接在一起，另一路是光電探測(cè)器的尾纖與耦合器的 另一輸入端光纖熔接在一起；耦合器的輸出端與Y波導(dǎo)熔接，Y波導(dǎo)的一個(gè)輸出端保偏光纖 與偏振分束器的一個(gè)輸入端保偏光纖恪接，Y波導(dǎo)的另一個(gè)輸出端保偏光纖與偏振分束的 另一個(gè)輸入端保偏光纖熔接，偏振分束器的輸出端光纖同光纖環(huán)的輸入端光纖熔接，光纖 環(huán)的輸出端光纖同90°法拉第旋光反射鏡輸入端恪接，光電探測(cè)器的輸出端與信號(hào)處理電 路相連接，從而測(cè)量磁場(chǎng)。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種光纖磁場(chǎng)傳感器。所述的光纖磁場(chǎng)傳感器由光源、耦合器、Y波導(dǎo)、偏振分束器、光纖環(huán)、90°法拉第旋光反射鏡和光電探測(cè)器組成，由SLD光源發(fā)出的光經(jīng)耦合器后，到達(dá)Y波導(dǎo)，形成兩束線偏振光。線偏振光經(jīng)過(guò)偏振分束器，偏振分束器使得一束線偏振光偏振方向旋轉(zhuǎn)90°后與另一束偏振光以正交模式在保偏光纖中傳輸。經(jīng)過(guò)處于軸向磁場(chǎng)中的光纖環(huán)，產(chǎn)生相位差。攜帶相位信息的兩束偏振光經(jīng)90°法拉第旋光反射鏡反射后，偏振模式互換。返回到處于軸向磁場(chǎng)中光纖環(huán)，再次產(chǎn)生相位差。兩束正交模式的線偏光反向經(jīng)過(guò)偏振分束器后，分成兩束平行模式傳輸?shù)木€偏光，到達(dá)Y波導(dǎo)處發(fā)生干涉。攜帶干涉相位信息的光返回探測(cè)器后，由信號(hào)處理電路檢測(cè)。
【IPC分類】G01R33/032
【公開(kāi)號(hào)】CN104950266
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510346716
【發(fā)明人】王夏霄, 于佳, 張宇寧, 李立京, 鄔戰(zhàn)軍, 李彥
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年6月19日