[发明专利]一种基于光纤谐振腔的微弱磁传感装置

说明书

本发明公开了一种基于光纤谐振腔的微弱磁传感装置，包括窄线宽激光器、隔离器、相位调制器、第一光衰减器、第二衰光减器、三维线圈、核心磁敏感单元、FPGA电路、示波器，FPGA电路采用XC4VLX60芯片设计的环路锁频算法，包含光电探测器(PD)、信号发生器、锁相放大器。本发明可以快速准确的检测到微弱的直流磁信号，灵敏度高，具有稳定的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种基于光纤谐振腔的微弱磁传感装置，主要用于测量微弱的直流磁信号，属于仪器仪表技术领域。

背景技术

磁传感器作为一种重要的传感器广泛应用于现代工业和电子产品中。由于磁传感器具有高灵敏度、高温度稳定性、抗干扰能力强、小型化和低功耗的发展趋势等特点，国内外诸多公司学者近年来对其进行了深入广泛的研究。随着工艺和技术的不断提高改进，磁传感器的精度也随之得到了极大改善。但是，目前无论是超导量子干涉仪还是原子磁力计以及NV色心磁力计等仍然存在灵敏度低、造价高昂、体积巨大、应用面窄以及产品成熟度较低等缺点，导致磁传感器在检测微弱的直流磁信号受到了极大的限制。

为了解决这些问题，基于腔光力学的机理，以光学谐振腔和超磁致伸缩材料为核心敏感单元的磁传感器件得到了极大的发展，利用腔光机械机理，放大磁信号，提高系统的信噪比，从而提高系统灵敏度。但是采用这种方法，光机械产生的信号极易受到环境的干扰，另外系统难于集成，与实际应用有较大差别。

本发明设计了一种基于光纤谐振腔的微弱磁传感装置，可以提高磁传感的灵敏度，从而检测微弱的直流磁信号。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足和缺陷，本发明的目的在于提供一种基于光纤谐振腔的微弱磁传感装置，可以提高提高磁传感器的灵敏度，从而检测微弱的直流磁信号。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是一种基于光纤谐振腔的微弱磁传感装置，包括窄线宽激光器1、隔离器2、相位调制器3、第一光衰减器41、第二衰光减器42、三维线圈5、核心磁敏感单元6、FPGA电路10、示波器11。其特征在于：所述FPGA电路10包含光电探测器(PD)7、信号发生器8、锁相放大器9，所述窄线宽激光器1通过光纤与隔离器2相连，所述隔离器2通过光纤与相位调制器3相连，所述相位调制器3通过光纤与第一光衰减器41相连，所述第一光衰减器41通过光纤与三维线圈5相连，所述核心磁敏感单元6放置在三维线圈5内，所述三维线圈5通过光纤与第二衰光减器42相连，所述第二衰光减器42通过光纤、光纤跳线与FPGA电路10相连，所述FPGA电路10通过导线与相位调制器3相连，所述FPGA电路10通过导线与窄线宽激光器1相连，所述FPGA电路10通过导线与示波器11相连。

上述所述的光电探测器(PD)7通过导线与信号发生器8连接，所述信号发生器8传输信号至锁相放大器9。

上述所述的核心磁敏感单元6包括单模保偏光纤谐振腔61和超磁致伸缩材料Terfenol-D 62组成。

上述所述的单模保偏光纤谐振腔61由单模保偏光纤和光纤耦合器63组成。

核心磁敏感单元6的制作方法如下：

通过将单模保偏光纤紧致缠绕在超磁致伸缩材料Terfenol-D表面20-70圈，将所述单模保偏光纤首尾两端用胶固定在Terfenol-D表面，所述单模保偏光纤表面采用胶涂覆固定，所述单模保偏光纤首尾分别与光纤耦合器熔接，从而制备超高Q(品质因子)的对微弱磁信号敏感的单模保偏光纤谐振腔。

上述所述的光纤耦合器将耦合将进入核心磁敏感单元的光的能量的90％耦合进入单模保偏光纤谐振腔。

上述所述的胶主要指UV紫外固化胶。

上述所述的超磁致伸缩材料Terfenol-D直径为0.5cm-3cm。

上述所述的三维线圈5产生直流偏置磁场B1和检测磁场B2。