补偿光纤Michelson弱磁传感器相位漂移的新方法

提出了基于谐波分析的相位补偿法,用以解决光纤Michelson弱磁传感器中由于环境因素如温度变化等引起相位漂移带来的输出信号衰落问题。该方法对正交工作点附近相位变化非常敏感,利用干涉仪参考臂压电陶瓷(PZT)的反馈电压可有效地控制相位漂移。实验表明:干涉仪相位变化小于1°;将高频调制磁场Hmcosωmt加于干涉仪信号臂换能器上探测直流弱磁信号,传感器输出信号稳定性好,线性度优于1%,灵敏度达3.5×10-6rad/nT(Hm=4 000 nT)。     

全保偏光纤地磁传感器

采用保偏光纤耦合器等保偏器件，搭建了马赫-曾德尔型保偏光纤干涉仪，在干涉臂中接入磁致伸缩材料粘附光纤结构的保偏光纤磁传感探头，通过磁致伸缩效应探测地磁场引起的光纤中的相位变化，建立了保偏光纤地磁场传感器实验系统，实现了稳定的磁场检测。实验分析了系统相位信号随磁场变化的特性以及频率响应特性，为系统选择适当的交流磁场进行直流磁场检测提供了依据，结果表明该系统最小可检测到1nT量级的磁场。实验测量了地磁场矢量在水平面各方向上的分量大小，得到的实验结果与理论值吻合得较好，证明该系统能够用于基于地磁场测量的定向导航。     

铁磁晶体磁滞对交变磁场传感器测量精度的影响

详细地分析了铁磁性晶体Ｉｎ－ＢｉＣａＶＩＧ的磁滞对交变磁场光纤传感器测量精度的影响,提出采用偏振光交直流信号和非偏振光多参量同时测量的方法可监测系统静态工作点,有效地减小磁滞的作用,使传感器在晶体剩余磁旋光角为５°时实现精度高达１％的高灵敏度交变磁场测量。     

光纤弱磁场传感器闭环反馈电路稳定性研究

Michelson干涉型光纤磁场传感器具有极高的灵敏度,因此相应的驱动、控制与检测电路必须具有高度稳定性.采用闭环反馈电路,可使系统从环境大噪声中提取出微弱的信号.研究并设计的闭环反馈电路系统具有非常好的稳定性,能探测到nT量级的微弱磁场,在1 Hz时整个系统只有10 μV/ Hz的低噪声特性.     

基于超磁致伸缩材料的FBG电流传感系统北大核心

基于GMM(超磁致伸缩材料)的FBG(光纤布拉格光栅)电流传感器具有光学电流传感器的优点。利用自行配制的环氧树脂胶将FBG与GMM封装为一体作为传感器探头,通过增加偏置磁场改变传感器的静态工作点,采用高频性能良好的铁氧体材料作为导磁回路,约束交变电流产生的磁场并引导进入传感器探头,进而将电流的变化转变成为FBG的波长变化,通过FBG解调系统实现电流测量。通过实验对该传感器的静态和动态响应进行测试,取得了良好的实验结果。     

一种方波调制的TMR磁场探测系统设计与实现

为了实现对磁场信号的高精度检测,利用隧道磁阻式磁传感器,设计并实现了一种精确分辨微弱磁场场信号的锁相放大系统。使用方波调制传感器输出信号,并利用Σ-Δ型ADC实现平均下抽取结构,抑制方波带来的高次谐波干扰,提高了ADC的有效分辨率,降低了系统运算量。通过理论与实验分析,验证了系统可以有效抑制噪声与温漂对测量精度的影响,并可精确标定nT级磁场。     

一种基于磁流体磁致折变效应的新型光纤Sagnac磁场传感器

实现了一种基于磁流体(MF)磁致折变效应的新型光 纤Sagnac磁场传感器。在单模-无芯-单模(S-N-S) 结构中,当外界折射率小于且接近无芯光纤(NCF)的折射率时,NCF可以看作阶跃型的多模光 纤(MMF)。实验测量了 传感器在不同外界磁场强度下的透射光谱,研究了其磁场传感特性。结果表明,由于MF的磁 致折变效应, 随着垂直于传感器方向的外界磁场强度的增加,环绕NCF的MF折射率减小,从而引起透射谱 的干涉 峰光强增加。整个实验装置处于室温20℃,在波长1557.5nm处,磁场 传感灵敏度为0.33dB/mT;在波长1580.1nm 处,磁场传感灵敏度为0.32dB/mT。本文传感器灵敏度高、无磁滞现 象和消光比稳定。搭 建了相应的光电检测系统,将某一波长光强的改变转化为电信号,且测得相对误差小于3%, 具有很好的应用前景。     

基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感研究

将磁致伸缩材料粘贴单模光纤构成的光纤磁传感探头接入Sagnac光纤环的一端,外加交流磁场将探头周围的直流磁场加载到4.9kHz的高频信号上,建立了基于Sagnac干涉仪的光纤直流磁场传感实验系统.采用锯齿波相位调制的方法,将干涉仪系统相位偏置在π/2附近,通过测量所加高频信号的幅度,实现了对直流磁场的测量.实验得到系统信号稳定性为0.4%,磁场分辨率为4.3nT,并给出36.75g铁块经过磁传感探头时系统的响应信号.     

人手姿态检测系统的设计与实现

为了增强人机交互的交互性以及遥控操作的可控性,设计并实现了一款基于磁场传感器与微加速度计的人手姿态检测系统。利用坐标变换理论,通过磁场传感器数据解算姿态的翻滚角和俯仰角,然后结合磁场传感器数据解算方位角,并对传感器的噪声、温度漂移以及磁场传感器受外界磁场的干扰进行了补偿。通过实验证明,该系统能准确测量人手姿态。     

微型四旋翼无人机磁测系统误差的两步校准法研究

用于地磁测量的MEMS三轴磁阻传感器越来越普遍的应用到无人机上进行姿态测量,为提高磁测系统的测量精度需要对传感器误差进行分析和补偿。现采用了一种两步校准法,即首先利用基于最小二乘的椭球假设拟合法对三轴矢量磁传感器的零偏、灵敏度与不正交误差进行标定补偿,目的是得到准确正交的传感器坐标系;利用四位置法对标定后传感器坐标系与测量系统坐标系之间的安装误差进行校准,从而得到磁测系统坐标系下的准确测量数据。无磁转台实验表明：经两步法后测量的磁场模值误差均值由校准前的2900nT降低为900nT,校准效果明显;测量系统单轴（Z轴）的误差均值由2736nT降低为49nT,有效的验证了安装误差校准的正确性。通过实验数据比较得出此方法优于传统的摇摆法,实际操作简单,不需要高精度辅助设备,能够有效的应用于无人机姿态测量系统校准,提高姿态角解算精度。     

In-flight calibration of the NEAR magnetometer

The science objectives for the Near Earth Asteroid Rendezvous (NEAR) Magnetometer Experiment (MAG) are to measure a possible magnetic field of 433 Eros to 5 nT accuracy and secondarily to detect asteroid-solar wind interaction signatures. Because the MAG sensor is body mounted, achieving this accuracy required detailed analysis of spacecraft magnetic fields during cruise. Sources of magnetic contamination identified prior to launch and during cruise are: propulsion latch valves, fixed 190 nT residual held, solar arrays and power harness, variable 15 to 60 nT field, power distribution terminal board, ~30 nT field with 5 nT variations, power shunting circuitry, 1-5 nT variations, the MAG sensor survival heater, 6 nT steps and attitude control momentum wheels, and 1 nT amplitude at 0.5 to 10 Hz from each of four wheels. Analysis of cruise data was used to create accurate ±1 nT models for the fixed and variable fields with signals below 0.5 Hz to provide correction of the raw data. The spacecraft field corrections and MAG calibration were validated with data from the Earth swing-by of January 1997. Comparison of solar wind magnetic held measurements from the WIND spacecraft and NEAR from January 22-24, 1997, before and after the Earth swing-by maneuver, confirm that the resulting NEAR magnetic field measurements are accurate to 1-2 nT     

干涉型光纤Michelson微弱磁场传感器降噪方法研究

主要研究通过软件解调方法,来抑制干涉型光纤Michelson微弱磁场传感器的噪声.在分析了系统主要噪声基础上,在解调软件中引入自适应谱线增强器(ALE),来最大程度消除宽谱噪声.实验结果表明,该方法可以很好地降低系统本底噪声,使得解调线性度得到加强,最小可重复测量磁场大小为20 nT.     

Lorentzian force type fibre-optic AC magnetic sensor realisingfrequency-independent sensitivity

A Lorentzian force type fibre-optic magnetic sensor is reported attaining frequency-independent sensitivity in the range 1 Hz to 10 kHz with minimum detectable field down to 50 nT. It is also shown that this technique can introduce frequency superimposition, which enables measurement of AC magnetic fields at different points simultaneously with one interferometer     

检测电缆故障点的电磁传感器设计与实现

电磁传感器是根据电磁感应原理用于检测电磁信号的。在精确检测电缆故障点时,根据故障点产生的磁场变化,电磁传感器拾取到这种变化的磁场信号,并将其转换成感应电压,感应电压经放大、整流处理后,用于后续检测指示电路,最后确定故障点的位置。     

相位误差对光栅磁场传感器性能影响分析

基于偏振效应的光纤光栅磁场传感方案,具有对温度和应力等因素不敏感的特点.在利用相位掩模法进行光栅制作时会产生随机相位误差、线性啁啾和非线性啁啾等相位误差,通过建立数学模型,对不同相位误差对该传感方案性能的影响进行仿真分析.结果表明,相位误差没有改变PDL峰值与磁场的线性关系,但对传感系统的精确度和灵敏度产生影响.     

光纤电流传感器远程电流检测系统

针对传统电流传感器不能进行远程检测的缺点,采用了一种保偏光纤的电流传感器远程检测系统,分析了保偏光纤的传输原理,并设计了系统的硬件和软件。实验表明,系统能有效地进行高强电流的远程实时检测,延长了信号测量的传输距离,从根本上抑制了测量干扰,具有重要的实际工程价值。     

基于磁流包覆冷却拉锥全光纤磁场传感器特性研究

为提高光纤传感器磁场检测中的敏感度,进一步实现弱磁场环境中的高精度场强勘测,提出一种基于磁流包覆与冷却拉锥透射式全光纤高灵敏磁场传感器,拉锥过程采用间歇式停顿冷却技术,可更加便捷获得高质量干涉谱,减缓光子晶体光纤空气孔塌缩,制作工艺简单,具有可操纵性强、灵敏度高、损耗小等优势,实现了高灵敏磁场环境实时在线检测,并对传感器的变温影响进行了讨论。实验结果表明,光子晶体光纤的拉锥长度为5.5mm、腰椎直径为75μm时,可得到良好的干涉光谱,在0~78 Oe(1 Oe■79.578A·m-1)磁场范围内,灵敏度达95pm/Oe,线性拟合度为98.31%。