全保偏M-Z型光纤磁场传感系统实验研究

报道一种基于全保偏Mach Zender型干涉检测的光纤磁场传感系统。采用TbDyFe磁致伸缩材料,在长度约为10cm的裸保偏光纤上环绕了一层厚度约为2μm的膜,大大提高了磁致伸缩材料与光纤的附着性能,解决了光纤弯曲问题。选用保偏光纤耦合器、保偏光纤偏振器,构成包括传感部分在内的全部保偏的Mach Zender型光纤传感系统,从根本上抑制了系统偏振噪声;利用主动相位补偿法有效地消除了干涉仪系统的相位漂移。对系统的直流偏置和交流磁场响应特性进行了测试。实验结果表明,系统的相位随磁场变化的灵敏度为0.45458rad/mT,可检测的磁场分辨率达到2×10-8T。     

磁致伸缩材料被覆保偏光纤磁场传感研究

通过直流磁控溅射镀膜,将磁致伸缩材料———铽镝铁被覆在一段去掉保护层的保偏光纤上,得到铽镝铁被覆保偏光纤结构的磁传感单元。采用保偏光纤及保偏光纤器件,建立马赫-曾德尔光纤干涉仪,将铽镝铁被覆保偏光纤结构的磁传感部分接在干涉仪的一臂中间,另一臂中接入保偏光纤绕制的压电陶瓷调制器进行光纤干涉系统的相位控制。该系统通过压电陶瓷调制器将相位控制在正交工作点上,解决了系统的相位衰落;全保偏光纤结构有效控制了系统偏振诱导的信号衰落,实现了系统对信号的稳定检测。实验得到了系统在不同大小直流偏置磁场作用下的磁场响应特性,结果表明,较大直流偏置磁场可使系统响应灵敏度提高约20倍,最小可测的交流磁场信号达到2.2×10-8T。     

基于光纤光栅传感器和超磁致伸缩材料的磁场测量

在实际工程应用中,磁传感器应用越来越广泛。在储罐底板或传输管道缺陷监测中,多用到漏磁检测。市面上大部分的磁传感器都是用电信号来传递的,而在储罐一类高火险等级的作业中,严禁有电信号。设计了一种测量磁场强度的实验方案,利用光纤和磁致伸缩材料,光纤测量由磁场引起的磁致伸缩材料应变,间接得到磁场的变化。通过已知的磁致伸缩材料应变特性得到可靠数据,证明该测量方法稳定可行。     

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.     

基于磁致伸缩棒的干涉型微纳光纤磁场传感器

提出了一种干涉型微纳光纤磁场传感器，由微纳光纤干涉仪和TbDyFe超磁致伸缩棒构成，单模光纤经过熔融拉锥形成双锥型微纳光纤干涉仪，与TbDyFe超磁致伸缩棒平行固定封装，磁场作用下磁致伸缩棒和微纳光纤干涉仪发生轴向应变，引起干涉谱的波长漂移，形成波长编码型的光纤磁场传感器。实验结果表明，相同应变特性的微纳光纤干涉仪，磁致伸缩棒直径越小，磁场灵敏度越高，直径为2 mm的TbDyFe磁致伸缩棒组成的光纤磁场传感器灵敏度可以达到0.178 nm/mT，该传感器结构简单，易于制备，成本低廉，响应快，可以实现微弱磁场的高灵敏探测。     

磁致伸缩效应光纤微分干涉电流传感器

基于磁致伸缩效应，利用微分干涉仪，设计了一种光纤电流传感器，可用于高精度，高灵敏度电流和磁场的测量，分析了用磁致伸缩效应实现光纤电流传感器的原理，建立了基于磁致伸缩效应传感头的数学模型，并通过实验对光纤电流传感器的输入－输出特性，直流偏置特性和精确度等进行了研究，在8－200A的电流测量范围内，测量比差约为0．5％。     

光纤陀螺正交磁漂移研究

提出了与陀螺敏感环平面垂直的正交磁场作用下保偏光纤(PMF)陀螺产生非互易相位差(NPD)的理论,建立了相应的数学模型,并对该模型进行仿真分析和实验验证。正交磁致非互易相位差源于光纤的弯曲,与光纤环的直径、光纤直径、光纤长度及正交磁场大小等参数密切相关。理论、仿真和实验结果表明,光纤环尾纤与集成光学元件(IOC)尾纤0°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移在一定范围内随机分布,而45°熔接的保偏光纤陀螺的正交磁漂移比较稳定,其正交磁漂移与正交磁场大小呈线性关系。     

基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器

在分析光纤光栅传感原理的基础上,设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器.先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上;为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响,再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态.对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验,在0~40℃的范围内,磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9pm/℃.在0-1200×10^-4 T范围内,传感器的磁场强度检测灵敏度约为1pm/1×10^-4 T,分辨率为1×10^-4 T,线性度为0.9963,稳定性约为±3×10^-4 T,为弱磁场的测量提供了一种新方法.     

光纤陀螺保偏光纤环几何轴向磁敏感性理论研究

在光纤陀螺中,磁场会造成法拉第相位误差。实验结果表明,轴向磁敏感性较径向更为明显。在轴向磁场作用下,在保编光纤中传播的正反两束光会产生一个与磁场有关的非互易相位差。研究了由光纤在光纤环上螺旋缠绕引起的几何轴向磁敏感性,利用耦合模方程和有限元分析法,从理论上推导出了保偏光纤陀螺在轴向磁场作用下,产生的几何法拉第非互易相位差的具体表达式,并对理论结果进行了仿真分析。研究表明,光纤环中光纤几何扭转引起的圆双折射是产生几何法拉第相位误差的主要原因。另外,轴向磁敏感性会随着半径的减小而增大。     

磁致伸缩调制型光纤Bragg光栅的温度补偿方法

提出了两种简单的磁致伸缩调制型光纤Bragg光栅的温度补偿方法。利用磁场和磁致伸缩材料对光纤光栅的Bragg波长进行调制 ,将一对光纤光栅按特定的结构固定 ,使得磁致伸缩效应对两只光纤光栅的Bragg波长的调制效果相互叠加而温度的影响相互抵消。补偿后的磁场调制型光纤光栅温度在 2 2～ 80℃的范围内 ,波长变化仅为0 11nm ,其温度灵敏度是温度补偿前的 1 10。     

无源光纤脉冲磁场传感器的研制

研制了一种利用BiCaVIG晶体的磁光式光纤磁场传感器,并给出了传感头的基本结构。实测结果表明,在非线性小于±5%时传感器的线性动态范围优于70dB,噪声等效磁感应强度为1.5μT,传感器可用于脉冲弱磁场的测量。采用频谱分析的方法,测出了一种BiCaVIG晶体的法拉第效应动态响应特性,其-3dB频带宽度约为DC～200kHz。     

磁流体型光纤磁场传感研究进展:从标量到矢量

磁流体具有优异的磁光特性,为光纤磁场传感器的实现提供了一种新途径,经过十多年发展,已经成为光纤磁传感领域的一个重要研究方向。目前,已有大量的基于不同结构和原理的磁流体型光纤磁场传感器被相继提出,且总体上经历了从标量到矢量磁场传感的发展,文章以该发展脉络为主线,对磁流体的磁光特性、传感器的实现方法进行梳理和总结,最后指出当前仍存在的一些问题并进行展望。     

基于FPGA的倏逝波型光纤气体检测研究

文章就光纤气体传感器的背景和发展进行了介绍,并且对倏逝波型的光纤气体检测原理进行了分析与研究.设计了一款基于FPGA的倏逝波型的光纤气体检测系统.通过模拟与实验,提高了检测灵敏度和响应时间,可进行多种气体检测.     

基于全固光子带隙光纤的传感器的特性研究

为了实现对基于全固光子带隙光纤（AS-PBF）的传感器的特性研究,采用了双锥型模式干涉仪的结构,使用熔接机在一根AS-PBF上间隔一段距离制作两个锥形光纤,制备出一种基于双锥型模式干涉的特种光纤传感器。与传统单模光纤或折射率传导的光子晶体不同,AS-PBF的纤芯有效折射率较低,而包层有效折射率较高。通过理论分析和实验验证,测量研究了这种光纤结构对温度和轴向应力的响应。实验结果表明,温度灵敏度和轴向应力灵敏度分别为~63pm/oC和~-1.74nm/ N。与长周期光栅、布拉格光栅相比,基于全固带隙光纤的双锥型模式干涉传感器具有制备简单、结构紧凑等优势,在光纤传感领域具有广泛的应用前景。     

光纤传感技术的研究进展及应用

随着光纤传感技术的不断发展,几乎在各个领域得到研究与应用。综述光纤传感技术的最新研究进展及其在某些领域的应用开发研究。首先介绍了光纤光栅传感器、阵列式光纤传感系统、分布式光纤传感系统以及智能结构的光纤传感器原理、优缺点及研究方向,这些是目前研究的热点;其后介绍了光纤传感技术在军事、周界安防、工程应用、电力工业等领域的应...     

使用微波作为副载波的光纤应力传感器

光纤应力传感器是以光纤传感技术为基础的应变、应力测量系统,具有重要的民用、军用价值。其中有一种能用于大型建筑物形变监测的传统的光纤应力传感器又叫 SOFO。它使用迈克尔逊干涉仪作为信号解调器,因为需要扫描,所以响应时间较长。为了解决这一问题,出现了以微波作为副载波的应力传感器。但是其中使用的光环行器又引入了较大误差,使得系统性能不理想。本文分析了误差原因,并使用耦合器、相位比较器分别替代了环形器、乘法器,取得了良好的实验结果。     

基于Lab VIEW的FBG传感解调技术的研究

结合虚拟仪器技术和光纤光栅传感技术,自行设计了一套光纤光栅传感解调系统.系统采用了基于迈克尔逊干涉技术的解调方法,将包含被测应变信息的光纤布喇格光栅(FBG)波长信号转变成相位信号,通过以Lab VIEW为核心的虚拟仪器系统检测相位的变化,从而得到被测应变的大小.该干涉解调系统避开了传统解调系统受电磁干扰和环境等方面的影响,因此使测量精度提高.虚拟仪器系统可用于静态应变和动态应变的检测,具有高分辨力、大测量范围的特点.     

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%。     

基于法拉第效应的双偏振光纤激光磁场传感器的纵向空间响应

利用法拉第效应,正交双偏振光纤激光器已被证明可用来实现灵活小巧的磁场传感器。为了发展适宜的封装结构以优化对磁场的传感灵敏度,有必要研究双偏振光纤激光磁场传感器在磁场中的空间响应特性。对长度为21 mm的光纤激光器在磁场宽度为3 mm、5 mm、7 mm以及磁场强度为0.5 T、 0.75 T和1 T时的纵向空间响应进行了实验研究。研究表明,沿着双偏振光纤激光磁场传感器的纵向,其各个部分对磁场的空间响应是不均匀的。该空间响应的峰值出现在激光腔的中间并沿激光器纵向呈对称的高斯分布。这种空间响应的分布特性与光纤光栅的分布式布拉格反射有关。