[发明专利]一种具有互易光路的光纤磁场传感器

说明书

技术领域

本发明涉及了利用干涉光相位检测磁场的具有互易光路的光纤磁场传感器，属于光传感技术领域。

背景技术

随着科学技术和社会的发展，弱磁测量技术在国防建设、国民经济及生物医学等领域的应用越来越广泛。在军事领域，随着各国潜艇降噪技术的发展，传统的声呐探潜已经不能满足现代反潜战争的需要，各种非声探潜技术成为各国研究的热点。磁异探测被认为是目标分类和提高对潜攻击分辨率的最可靠手段，目前几乎所有先进反潜巡逻机上都装有灵敏的磁探仪。空间磁场是空间环境重要的物理参数之一，空间磁场的变化反映出空间环境变化的显著特征。国际上已将高精度磁通门磁强计作为荷载在空间卫星上搭载，进行一系列空间与地磁场监测、载体姿态测量与控制的计划。在地球物理学方面，地磁场是地球的固有资源，为航空、航天、航海提供了天然的参考系。地磁场测量是导航、地磁法探矿及地震预测预报的重要手段。另外弱磁测量在生物磁场及医疗器械、石油管道无损探伤、石油钻井中的随钻测斜仪和连续测斜仪、海底电缆的探测和识别及港口舰船的自主导航等方面也有重要应用。

目前，传统的微弱磁场传感器主要包括磁通门式磁强计、质子旋进磁强计、光泵磁强计和超导量子干涉磁强计(SQUID)等。与传统的弱磁测量仪器相比，基于磁致伸缩原理的干涉型光纤磁场传感器具有灵敏度高、响应速度快、交直流磁场都可测、体积小、重量轻、成本低、抗电磁干扰等优点，可以在强电磁干扰、高温高压、原子辐射、易爆、化学腐蚀等传统测磁仪器无法工作的恶劣条件下使用。另外，利用磁致伸缩材料与外磁场的非线性响应关系及光纤干涉仪的复用技术，可制作三轴向的光纤磁场传感器，同时测量矢量磁场的三个正交分量，构建传感阵列，实现磁场的分布式测量。

光纤微弱磁场传感器的研究开始于1979年，目前采用的主要方案为基于Michelson干涉仪，基于Mach-Zehnder干涉仪及基于F-P干涉仪的光纤磁场传感器。由于这三个方案采用的光路结构是为非互易的，因此对外界环境干扰(如温度、振动等)敏感，环境适应能力较差。

发明内容

本发明为解决现有的光纤微弱磁场传感器存在的对外界环境干扰(如温度、振动等)敏感，环境适应能力较差的问题。为此，本发明提供了一种具有互易光路的光纤磁场传感器，包括光源、分路器、起偏器、相位调制器、延迟光纤、法拉第旋光器、保偏耦合器、换能器、补偿光纤和光电探测器，光源的尾纤与分路器的第一输入端光纤熔接在一起，光电探测器的尾纤与分路器的第二输入端光纤熔接在一起，分路器的输出端光纤与起偏器熔接，起偏器的输出端保偏光纤与相位调制器的输入端保偏光纤以45°熔接，相位调制器的输出端光纤与延迟光纤的输入端光纤熔接，延迟光纤的输出端光纤与法拉第旋光器输入端光纤熔接，法拉第旋光器输出端光纤与保偏耦合器的输入端熔接，保偏耦合器的第一输出端光纤与换能器的传感光纤输入端熔接，保偏耦合器的第二输出端光纤与补偿光纤输入端熔接，换能器的传感光纤输出端与补偿光纤输出端以90°熔接，光电探测器的输出端与信号处理电路相连接，信号处理电路的第一输出端用于给相位调制器提供电信号进行相位调制，信号处理电路的第二输出端用于给换能器提供电信号进行偏置调制。

本发明还提供了一种具有互易光路的光纤磁场传感器，其特征在于，包括光源、分路器、集成相位调制器、偏振分束/合束器、延迟光纤、法拉第旋光器、保偏耦合器、换能器、补偿光纤和光电探测器，光源的尾纤与分路器的第一输入端光纤熔接在一起，光电探测器的尾纤与分路器的第二输入端光纤熔接在一起，分路器的输出端与集成相位调制器熔接，集成相位调制器的第一输出端保偏光纤与偏振分束/合束器的第一输入端保偏光纤熔接，集成相位调制器的第二输出端保偏光纤与偏振分束/合束器的第二输入端保偏光纤熔接，偏振分束/合束器的输出端光纤与延迟光纤的输入端光纤熔接，延迟光纤的输出端光纤与法拉第旋光器输入端光纤熔接，法拉第旋光器输出端光纤与保偏耦合器的输入端熔接，保偏耦合器的第一输出端光纤与换能器的传感光纤输入端熔接，保偏耦合器的第二输出端光纤与补偿光纤输入端熔接，换能器的传感光纤输出端与补偿光纤输出端以90°熔接，光电探测器的输出端与信号处理电路相连接，信号处理电路的第一输出端用于给相位调制器提供电信号进行相位调制，信号处理电路的第二输出端用于给换能器提供电信号进行偏置调制。