CN208689154U - 一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器 - Google Patents
一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器，包括激光器、光纤磁场传感器、磁致伸缩套管、信号处理装置；所述光纤磁场传感器为一段多模光纤两端分别无偏心熔接单模光纤并封装在磁致伸缩套管中；激光器发出光源，经耦合器传输到光纤磁场传感器中，在外部环境磁场变磁场作用下，引起光纤长度变化而导致光相位改变，经信号处理装置对光纤磁场传感器随着磁致伸缩套管射率的变化而变化，对于不同波长的光波，其耦合损耗不同，因此当磁致伸缩套管折射率发生变化时，光纤磁场传感器的透射谱也将发生变化。通过解析光相位波长的变化，就可以对磁场的磁波进行测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及磁场传感器技术领域，具体是一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器。
背景技术
光纤传感器成本低和抗电磁干扰强而被广泛应用，近些年来，科研机构和高校提出了一种基于模间干涉原理的光纤传感器，其传感臂和干涉臂都在同一根光纤，且结构简单无需过多光学元件，正是这种独特的特性设计，使其得到了社会各研究机构的重视与研究，相比传统干涉的光纤传感器，此类全光纤干涉仪在实际应用中的系统稳定性和可靠性均有不错的表现。
利用稀土超磁致伸缩材料作为光纤传感器上的敏感单元，使光纤传感器能够检测到电流、磁场的细微变化，从而得出磁场强度和材料伸缩的关系。传统的磁场传感器在实际应用中存在环境要求高、响应区间小，结构复杂等缺陷，无法满足高精密测控应用高温、高压等复杂场景条件下的需求，而基于光纤传感器的磁场传感器，具有纯电气传感器无法取代的优势。因此，研究微弱磁场光纤传感器对促进在智能驱动、石油探测、汽车制造等领域的发展具有重要作用。
实用新型内容
本实用新型目的：为了克服现有技术中存在的不足，本实用新型提供一种在磁场作用下其长度发生变化，具有应变大、快速反应、能量转换效率高等优点的基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案为一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器，包括激光器、光纤磁场传感器、磁致伸缩套管、信号处理装置；所述光纤磁场传感器为一段多模光纤两端分别无偏心熔接单模光纤并封装在磁致伸缩套管中；
所述激光器发出光源，经耦合器传输到光纤磁场传感器中，在外部环境磁场变磁场作用下，引起光纤长度变化而导致光相位改变，经信号处理装置对光纤磁场传感器随着磁致伸缩套管射率的变化而变化，对于不同波长的光波，其耦合损耗不同，因此当磁致伸缩套管折射率发生变化时，光纤磁场传感器的透射谱也将发生变化。通过解析光相位波长的变化，就可以对磁场的磁波进行测量。
所述磁致伸缩套管是Terfenol-D合金，工作温度超过380℃磁致伸缩特性暂时消失，温度冷却到低于380℃后磁致伸缩特性恢复。
有益效果：本实用新型具有抗电磁干扰、响应速度快，光纤磁场传感器耦合系数大，有利于光纤磁场传感器的高频率工作；采用磁致伸缩套管封装的光纤磁场传感器，有利于结构小型化设计；磁致伸缩套管耐高温，对大功率应用需求而言，磁致伸缩特性是暂时消失，温度冷却后磁致伸缩特性恢复。
附图说明
图1是光纤磁场传感器的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器，包括激光器、光纤磁场传感器、磁致伸缩套管、信号处理装置；所述光纤磁场传感器为一段多模光纤两端分别无偏心熔接单模光纤并封装在磁致伸缩套管中；激光器发出光源，经耦合器传输到光纤磁场传感器中，在外部环境磁场变磁场作用下，引起光纤长度变化而导致光相位改变，经信号处理装置对光纤磁场传感器随着磁致伸缩套管射率的变化而变化，对于不同波长的光波，其耦合损耗不同，因此当磁致伸缩套管折射率发生变化时，光纤磁场传感器的透射谱也将发生变化。通过解析光相位波长的变化，就可以对磁场的磁波进行测量。
进一步地，磁致伸缩套管是Terfenol-D合金，工作温度超过380℃磁致伸缩特性暂时消失，温度冷却到低于380℃后磁致伸缩特性恢复。
当在直角坐标系中，横向电场可以表示为：
如果横向电场的取向不变，可以选取适当的坐标使得电场强度只有一个分量，如下：
Ey满足标量亥姆霍兹方程：
利用Ey与电磁场的其他分量之间的关系，得出光纤磁场传感器中电场和磁场的完整解的4个分量的式子：
在光纤芯中有：
其中，Rα≤1。
在磁致伸缩套管中有：
其中，Rα≥1。
上式中省去了公共因子e-jβz，在光纤芯与磁致伸缩套管分界面上运用电磁场边界条件Ez1＝Ez2，可推导出光纤磁场传感器中的线偏磁波方程：
具体来说，光纤磁场传感器是通过改变光的偏振态检测待测的物理量。作为横波的一种，若光波的矢量方向与传播方向垂直，方向保持不变，光的大小随相位改变，此时称为线偏振磁波。光波在传播过程中存在以上三种状态，其偏振性质各有不同，光的偏振状态很容易受到外界物理作用而发生变化，甚至出现双折射现象，即一束光线入射到一种各向异性晶体上后分解为两束折射光，产生的相位延迟为入射光偏振状态函数。其检测灵敏度高，光强变化对其没有影响，应用在电流电压磁场磁极性的监测。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器，其特征在于：包括激光器、光纤磁场传感器、磁致伸缩套管、信号处理装置；所述光纤磁场传感器为一段多模光纤两端分别无偏心熔接单模光纤并封装在磁致伸缩套管中；
所述激光器与所述光纤磁场传感器相连，所述光纤磁场传感器与所述信号处理装置相连。
2.根据权利要求1所述一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器，其特征在于：所述磁致伸缩套管是Terfenol-D合金，工作温度超过380℃磁致伸缩特性暂时消失，温度冷却到低于380℃后磁致伸缩特性恢复。
Priority Applications (1)
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| CN201821014384.2U CN208689154U (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器 |
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| CN201821014384.2U CN208689154U (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器 |
Publications (1)
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| CN201821014384.2U Active CN208689154U (zh) | 2018-06-28 | 2018-06-28 | 一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN208689154U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115566518A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-03 | 中国航天三江集团有限公司 | 利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中mi效应的方法及装置 |
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2018
- 2018-06-28 CN CN201821014384.2U patent/CN208689154U/zh active Active
Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN115566518A (zh) * | 2022-11-07 | 2023-01-03 | 中国航天三江集团有限公司 | 利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中mi效应的方法及装置 |
| CN115566518B (zh) * | 2022-11-07 | 2023-03-10 | 中国航天三江集团有限公司 | 利用磁致伸缩材料抑制光纤激光器中mi效应的方法及装置 |
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