CN110596618B - 一种磁场测量装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种磁场测量装置及系统，具体涉及磁场测量领域。该磁场测量装置通过在密封的磁流体腔内填充磁流体，并将该光纤的贯穿光纤贯穿该磁流体腔，使得该贯穿光纤和磁流体腔内的磁流体组成一个谐振腔，当该磁场测量装置置于一个磁场中，磁流体会在磁场的作用下折射率发生变化，也就是贯穿光纤周围折射率发生变化，从而改变出射光的波长，通过波长的改变的情况就可以得到磁流体在该磁场下的折射率的变化，之后通过该磁流体折射率与磁场强度的对应关系就可以得到较为准确的磁场强度。

Description

一种磁场测量装置及系统
技术领域
本发明涉及磁场测量领域，具体而言，涉及一种磁场测量装置及系统。
背景技术
磁场是一种看不见摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的，磁场具有波粒的辐射特性，磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。电流、运动电荷、磁体或变化电场周围空间存在的一种特殊形态的物质。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是由运动电荷或电场的变化而产生的。
现有技术中，对磁场的测量主要是通过霍耳效应磁强计或者旋转线圈磁强计对磁场进行测量。
但是，霍耳效应磁强计的测量误差一般为0.1～5%，旋转线圈磁强计的测量误差一般为0.1～1%，上述两种测量磁场的装置的测量精度偏低，获得的磁场测量结果不准确。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种磁场测量装置及系统，以解决现有技术中的测量精度偏低，获得的磁场测量结果不准确的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本发明实施例提供了一种磁场测量装置，装置包括：光纤、磁流体腔和磁流体；磁流体腔为密封腔，磁流体腔内填充有磁流体；
光纤包括：入射光纤、出射光纤和贯穿光纤，贯穿光纤贯穿磁流体腔，贯穿光纤的一端与入射光纤连接，贯穿光纤的另一端与出射光纤连接。
可选地，贯穿光纤在磁流体腔内弯折设置。
可选地，贯穿光纤包括第一贯穿光纤和第二贯穿光纤，第一贯穿光纤和第二贯穿光纤的一端均与入射光纤连接，第一贯穿光纤和第二贯穿光纤的另一端均与出射光纤连接。
可选地，贯穿光纤上设置有光栅。
可选地，光栅材料为金属。
可选地，光栅为透射光栅或者反射光栅。
可选地，光纤为单模光纤或者多模光纤。
可选地，磁流体腔内壁为高反射材料。
第二方面，本发明实施例提供了一种磁场测量系统，系统包括：光线分析装置和第一方面任意一项的磁场测量装置，光线分析装置与磁场测量装置的出射光纤连接。
可选地，光线分析装置包括：光谱分析仪或者波长分析仪中至少一种。
本发明的有益效果是：通过在密封的磁流体腔内填充磁流体，并将该光纤的贯穿光纤贯穿该磁流体腔，使得该贯穿光纤和磁流体腔内的磁流体组成一个谐振腔，当该磁场测量装置置于一个磁场中，磁流体会在磁场的作用下折射率发生变化，也就是贯穿光纤周围折射率发生变化，从而改变出射光的波长，通过波长的改变的情况就可以得到磁流体在该磁场下的折射率的变化，之后通过该磁流体折射率与磁场强度的对应关系就可以得到较为准确的磁场强度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的磁场测量装置的结构示意图；
图2为本发明另一实施例提供的磁场测量装置的结构示意图；
图3为本发明另一实施例提供的磁场测量装置的结构示意图。
图标：10-光纤；11-入射光纤；12-贯穿光纤；121-第一贯穿光纤；122-第二贯穿光纤；13-出射光纤；14-光栅；20-磁流体腔；30-磁流体。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
图1为本发明一实施例提供的磁场测量装置的结构示意图，如图1所示，该磁场测量装置包括：光纤10、磁流体腔20和磁流体30；磁流体腔20为密封腔，磁流体腔20内填充有磁流体30；光纤10包括：入射光纤11、出射光纤13和贯穿光纤12，贯穿光纤12贯穿磁流体腔20，贯穿光纤12的一端与入射光纤11连接，贯穿光纤12的另一端与出射光纤13连接。
具体地，该磁流体腔20可以为规则形状，也可以为不规则形状，为了方便说明，本申请以该磁流体腔20为规则的长方体结构进行说明，该磁流体30的腔壁可以使得磁场通过，由于该贯穿光纤12需要与该磁流体之间发生反射，则需要将该贯穿光纤12设置为光纤芯即可。
该磁场测量装置可以用于对外置磁场的磁场均匀程度与磁场强度进行检测，假设将该磁场测量装置设置在磁场中，该长方体磁流体腔20的长度为L，即该贯穿光纤12在该磁流体腔20内的有效长度为L，该磁流体30的折射率为n，该λ为光穿过该磁场测量装置的波长，N为任意整数；则L、n、λ和N之间具有以下关系：
Figure 525601DEST_PATH_IMAGE001
由于L为固定数，N为任意整数，任意给定一个整数N的值，通过该磁场测量装置得到光的输出波长，则可以计算出该磁场测量装置的折射率，之后通过磁场测量装置的折射率与磁场强度的对应关系，就可以得到该磁场的磁场强度。
需要说明的是，N为整数表示入射光与该磁场测量装置发生共振；该折射率与磁场强度的对应关系，跟磁流体30的材料相关，即每一种磁流体30的折射率与磁场强度的对应关系根据磁流体30的材料有关，在此不做具体说明。
图2为本发明另一实施例提供的磁场测量装置的结构示意图，如图2所示，可选地，贯穿光纤12在磁流体腔20内弯折设置。
具体地，该贯穿光纤12在该磁流体腔20内弯折多次，为了清楚的说明，在此以该贯穿光纤12弯折三次为例进行说明，由于该贯穿光纤12进行了三次弯折，则使得该贯穿光纤12与该磁流体30之间形成了三个谐振腔，由于每个谐振腔长度不同，所以与不同长度的谐振腔发生共振的光的波长也不同，三个不同长度的谐振腔就可以与三种波长的光进行共振，使得该磁场测量装置可以同时应用于三种波长，拓宽了该磁场测量装置的使用范围。
需要说明的是，该贯穿光纤12在该磁流体腔20内的弯折次数根据实际需要和工作人员经验进行设定，在此不做具体限定。
图3为本发明另一实施例提供的磁场测量装置的结构示意图，如图3所示，可选地，贯穿光纤12包括第一贯穿光纤121和第二贯穿光纤122，第一贯穿光纤121和第二贯穿光纤122的一端均与入射光纤11连接，第一贯穿光纤121和第二贯穿光纤122的另一端均与出射光纤13连接。
具体地，当将包含该第一贯穿光纤121与第二贯穿光纤122的磁场测量装置放置于磁场中，第一贯穿光纤121和第二贯穿光纤122的一端均与入射光纤11连接，另一端均与出射光纤13进行连接，则第一贯穿光纤121的入射光和第二贯穿光纤122的入射光的的波长分布与入射光纤11和出射光纤13中光的波长相同；在磁流体30中，若磁场不均匀，则磁流体30的折射率将不均匀，第一贯穿光纤121与第二贯穿光纤122的共振模式不同，则第一贯穿光纤121和第二贯穿光纤122内损耗的光的波长是不同的，即输出到出射光纤13中光的波长不同，可以通过对出射光纤13中出射光的波长进行比较，若出射光的波长与入射到入射光纤11中光的波长不同，则表示该磁场不均匀，反之亦然，在此不做赘述。
可选地，贯穿光纤12上设置有光栅14。
当需要计算更为准确的磁场强度时，可以在该贯穿光纤12上周期性的设置光栅14，当该贯穿光纤12中的光与磁流体30发生共振时，因为光栅14具有多个周期结构，可以将大量的共振之后的光进行吸收，使得该磁场测量装置透射系数更低（透射谷更低）。
可选地，光栅14材料为金属。
需要说明的是，该光栅14的材料根据实际情况和工作人员经验进行选择，在此不做限定。
可选地，光栅14为透射光栅或者反射光栅。
具体地，该光栅14可以为透射光栅，也可以为反射光栅，当该光栅14为透射光栅时，在透明材料上刻制很多条相互平行、等距、等宽的狭缝，当该光栅14为反射光栅时，在高反射率的金属上镀上一层金属膜，并在镜面金属膜上刻划一系列平行等宽、等距的刻线，需要说明的是，光栅14的具体种类根据实际需要和工作人员经验进行选择，在此不做限制。
可选地，光纤10为单模光纤或者多模光纤。
具体地，入射光纤11、贯穿光纤12和出射光纤13的可以是单模光纤，也可以是多模光纤，在此不做限定，需要说明的是，入射光纤11、贯穿光纤12和出射光纤13只能同时为单模光纤，或者同时为多模光纤。
可选地，磁流体腔20内壁为高反射材料。
具体地，为了增加该磁流体腔20与该贯穿光纤12形成的谐振腔内光线的反射，减少光线的损耗，将该磁流体腔20内壁设置为高反射材料，需要说明的是，可以是在该磁流体腔20内壁上镀有一层高反射材料膜，也可以是将该磁流体腔20内壁全部使用高反射材料构成，在此不做限定。
本申请提供的一种磁场测量装置，通过在密封的磁流体腔20内填充磁流体30，并将该光纤10的贯穿光纤12贯穿该磁流体腔20，使得该贯穿光纤12和磁流体腔20内的磁流体30组成一个谐振腔，当该磁场测量装置置于一个磁场中，磁流体30会在磁场的作用下折射率发生变化，也就是贯穿光纤12周围折射率发生变化，从而改变出射光的波长，通过波长的改变的情况就可以得到磁流体在该磁场下的折射率的变化，之后通过该磁流体折射率与磁场强度的对应关系就可以得到较为准确的磁场强度。
本发明实施例还提供了一种磁场测量系统，该系统包括：光线分析装置和上述任意一项的磁场测量装置，光线分析装置与磁场测量装置的出射光纤13连接。
具体地，该光线分析装置与该磁场测量装置的出射光纤13连接，用于接收该出射光纤13发出的光，并对接收到的光进行分析。
可选地，光线分析装置包括：光谱分析仪或者波长分析仪中至少一种。
需要说明的是，该光线分析装置的种类根据实际需要和工作人员经验进行选择，在此不做限制。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种磁场测量装置，其特征在于，所述装置包括：光纤、磁流体腔和磁流体；所述磁流体腔为密封腔，所述磁流体腔内填充有磁流体；
所述光纤包括：入射光纤、出射光纤和贯穿光纤，所述贯穿光纤贯穿所述磁流体腔，所述贯穿光纤的一端与所述入射光纤连接，所述贯穿光纤的另一端与所述出射光纤连接；
所述贯穿光纤在所述磁流体腔内弯折设置；所述贯穿光纤包括第一贯穿光纤和第二贯穿光纤，所述第一贯穿光纤和所述第二贯穿光纤的一端均与所述入射光纤连接，所述第一贯穿光纤和所述第二贯穿光纤的另一端均与所述出射光纤连接。
2.根据权利要求1任一项所述的磁场测量装置，其特征在于，所述贯穿光纤上设置有光栅。
3.根据权利要求2所述的磁场测量装置，其特征在于，所述光栅材料为金属。
4.根据权利要求2所述的磁场测量装置，其特征在于，所述光栅为透射光栅或者反射光栅。
5.根据权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于，所述光纤为单模光纤或者多模光纤。
6.根据权利要求1所述的磁场测量装置，其特征在于，所述磁流体腔内壁为高反射材料。
7.一种磁场测量系统，其特征在于，所述系统包括：光线分析装置和权利要求1-6任意一项所述的磁场测量装置，所述光线分析装置与所述磁场测量装置的所述出射光纤连接。
8.根据权利要求7所述的磁场测量系统，其特征在于，所述光线分析装置包括：光谱分析仪或者波长分析仪中至少一种。
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