[实用新型]一种光纤光栅磁场传感器标定系统

说明书

本实用新型提出了一种光纤光栅磁场传感器标定系统，利用计算机软件对系统的标定信号进行集成和处理，实现标定数据的实时图形化显示和标定数据文件的自动生成，对于大批量的标定任务来说具有很高的效率。本系统首先对磁场与电流关系进行精确标定，得到电流—磁场对应关系，即利用电流表征磁场，生成磁场标定曲线。随后将待标定光纤光栅磁场传感器放入磁场中，系统开始标定后自动生成光纤波长漂移量与磁场对应关系，实现传感器的全自动精确标定，无需实验人员手动记录。

技术领域

本实用新型属于磁场传感器标定技术领域，具体涉及一种光纤光栅磁场传感器标定系统。

背景技术

当铁磁材料处于外磁场作用下时，由于其磁化状态的改变，其长度和体积将发生变化，这就是磁致伸缩效应。一般磁致伸缩材料的伸缩量级太小，通常在10^-5，而无法得到有效利用。随着研究的深入，科学家发现掺杂了稀土元素的一些材料具有非常高的磁致伸缩量，达到10^-3，称为超磁致伸缩材料GMM(如Terfenol-D)，并且具有很高的能量密度，能够得到很强的输出力，低磁场下具有很好的线性效应。基于超磁致伸缩材料研发的执行器、能量转换器、磁场传感器、力传感器等得到了广泛应用。

目前常用的磁场传感技术主要基于霍尔效应和量子霍尔效应，都是基于电测法进行测量，回路中若存在强交变磁场，其精度和测量范围将大打折扣，甚至无法使用。超磁致伸缩材料(如Terfenol-D)具有目前最大的磁致伸缩效应，达到10^-3应变伸长量。磁场下积累的弹性能密度大，可产生很强的推力，非常适合在传感器中将磁场能量转换为弹性能。与光纤光栅结合，利用磁致伸缩材料对低频电磁场的伸长响应，转换为光纤光栅的弹性变形，通过光谱将应变信号传输到测量终端，进行信号解调，测点环境回路中不涉及电压电流，避免了电测法在强电磁干扰中的缺陷。

光纤光栅作为一种新型的传感器件，相比较于传统电、磁传感器件，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小及信号损耗小等显著优点。光纤布拉格光栅 (FBG)是使用较广和较为成熟的一种光纤光栅，通过外界物理参量对FBG布拉格波长的调制来获取传感信息。由于FBG以反射波长作为信号载体，克服了传统电测法的弊端，使其作为应变、温度传感器件在土木工程领域得到广泛应用。此外，通过在单根光纤上刻入多个不同布拉格波长的光栅，可实现光纤的准分布式测量。光纤光栅本身不具有磁敏感特性，而超磁致伸缩材料具有非常高的通过将磁致伸缩材料与光纤光栅进行有效的结合，直接粘附或进行有效的结构设计，可以让光纤光栅具有对磁场的敏感性。

超磁致伸缩材料在背景磁场作用下的伸长量并不是线性关系，而是明显的非线性。背景磁场与材料伸长量的关系必须通过大量的数据标定来获得，标定越精细越能得到传感器测量的精确值，标定工作是传感器能否有效使用的关键之一，精确的标定系统是完成传感器标定任务的有效保证。

实用新型内容

为了克服上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种光纤光栅磁场传感器标定系统，包括计算机、高速同步采集设备、光纤光栅波长解调仪、可编程电源、磁场发生器和高斯计，所述高速同步采集设备分别与计算机、可编程电源和高斯计相连，所述高速同步采集设备对电源输出的电流信号和高斯计提供的磁场信号进行高速的模数转换，提供给计算机进行处理；光纤光栅波长解调仪与待标定光纤光栅磁场传感器相连，光纤光栅波长解调仪与计算机进行高速通信，实时记录光纤光栅解调仪输出的波长信息；所述磁场发生器分别与可编程电源、待标定光纤光栅磁场传感器相连。

优选地，所述可编程电源可以在一定时间内让电流线性缓慢升高，让磁场发生器内部磁场缓慢增加，从而沿着时间增长得到缓慢均匀变化的磁场。

优选地，所述磁场发生器为性能稳定的通电螺线管制成的电磁铁。