[发明专利]一种微波光子磁场传感装置与方法

说明书

本文公开了一种微波光子磁场传感装置与方法。包括宽带光源(1)、光隔离器(2)、光纤耦合器(3)、第一光纤镜(4)、磁场传感头(5)、第二光纤镜(6)、电光调制器(7)、色散元件(8)、光电探测器(9)、矢量网络分析仪(10)。由光纤耦合器、第一光纤镜、磁场传感头和第二光纤镜构成的迈克尔逊光纤干涉仪对宽带光源进行光谱切割。由磁流体芯光纤构成的磁场传感头受外部磁场作用，使迈克尔逊光纤干涉仪两臂产生附加光程差从而改变切割光谱的自由光谱范围，使微波光子滤波器的通带中心频率相应可调。通过通带中心频率的变化即可计算出磁场传感头所处环境磁场强度。本传感装置制作简单、机械强度高，发展潜力大。

技术领域

本发明属于光纤传感及微波光子领域，涉及一种微波光子磁场传感器。

背景技术

磁场传感器是将各种磁场及其变化的量转变成可读取信号的装置。传统的磁场传感器一般是通过霍尔效应、法拉第磁光效应、巨磁感应效应、磁饱和效应等实现磁场的测量计算，但是有源金属探头会扰乱被测磁场的分布，使得测量不准确，同时传输信号的电缆会产生噪声，给探测信号的处理分析带来不便，造成传统的磁场传感器抗电磁干扰性低、灵敏度低、损耗大等缺点。

光纤由于具有抗电磁干扰性强、损耗小、成本低等优点而广泛应用于传感领域。近十几年来，随着微纳光纤制备技术和磁性材料研究的发展，一种基于磁流体材料的新型微纳光纤磁场传感技术成为人们研究的热点。这种微纳光纤磁场传感器采用磁流体包裹微纳光纤的方法制备磁场传感头。微纳光纤由于其周围倏逝场对外界环境折射率变化非常敏感，因而能提高测量磁场灵敏度，但是微纳光纤制备设备价格昂贵，并且在制备过程中容易受到外界环境因素的影响，制备的微纳光纤机械强度低，容易断裂，磁场传感器制作并不方便。而且该类磁场传感器大多是采用波长解调技术，需要配置高分辨率的光谱仪，系统成本高。

针对以上问题，本发明提出一种磁场传感头制作简单方便、机械强度高，采用频率解调，成本相对较低的光纤磁场传感器。

发明内容

本发明提出一种制作工艺简单，系统成本低，可发展空间大的微波光子磁场传感器。

为实现上述目的提出以下技术方案：

一种微波光子磁场传感装置与方法，其特征在于，包括宽带光源(1)、光隔离器(2)、光纤耦合器(3)、第一光纤镜(4)、磁场传感头(5)、第二光纤镜(6)、电光调制器(7)、色散元件(8)、光电探测器(9)、矢量网络分析仪(10)；宽带光源(1)的输出端与光隔离器(2)的一端与相连，光隔离器(2)的另一端与光纤耦合器A端的A1端口相连，光纤耦合器B端的B1端口与第一光纤镜(3)连接，光纤耦合器B端的B2端口与磁场传感头(5)的一端连接，磁场传感头的另一端与第二光纤镜(6)相连，光纤耦合器A端的A2端口与电光调制器(7)的光输入端口相连，电光调制器(7)的光输出端口与色散元件(8)的一端相连，色散元件(8)的另一端与光电探测器(9)的光输入口相连，光电探测器(9)的射频输出端为微波光子滤波器的输出端口，接矢量网络分析仪(10)的射频信号输出口，电光调制器(7)的射频端口为微波光子滤波器的输入端口，接矢量网络分析仪(10)的射频信号输出端口。

所述磁场传感头采用单模光纤-磁流体芯液芯光纤-单模光纤三明治结构；在进行磁流体填充时，首先将未填充磁流体的空芯石英光纤一端用具有弹性的橡胶管与注射器相连，然后将空芯石英光纤的另一端插入磁流体液中，用注射器将磁流体液抽入石英空芯光纤中完成填充，得到磁流体芯液芯光纤；然后将磁流体芯液芯光纤两头分别以除去涂覆层且光纤端头切平的单模光纤封堵，并用UV胶加以密封加固，完成单模光纤-磁流体芯液芯光纤-单模光纤三明治结构磁场传感头的制备。磁流体芯液芯光纤中的磁流体在未受磁场作用时不表现磁性，在受到磁场作用时，磁流体的折射率随着所受磁场的变化而变化。