[实用新型]一种磁感应强度传感头

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁感应强度传感头，属于光纤传感及光学测量领域。

背景技术

磁场测量在国防、工业以及医学等领域有着重要的意义。主要应用有磁性扫雷、武器搜索、磁导航、潜艇探测、电流测量、矿产探测以及医学仪器等方面。用于弱磁场(＜10^-8T)的传感器有多种，如：磁通门磁强计、光泵磁强计和超导量子干涉器件等。其中超导量子干涉器件是已知灵敏度最高的磁场传感器，分辨率可达10^-14T以上，但由于系统需要工作在液氮温度下，结构复杂、体积庞大，因此只适合在实验室条件下工作。1980年，A.Yariv和H.V.Winsor首次提出了利用磁致伸缩材料对光纤扰动以改变光波相位的方法来探测弱磁场(Proposal for detection of magnetic field throughmagnetostrictive perturbation of optical fibres，Opt.Lett.5(3)：87-89，1980)，从理论给出了最小可探测磁场达到1.2×10^-16T。这种光纤弱磁场传感器继承了光纤传感器结构简单、精度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等优点，可在恶劣条件下工作。

利用磁致伸缩效应测量弱磁场的光纤传感器主要采用三种干涉仪结构：马赫-曾德干涉仪、迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪(FPI)。研究最多、最全面的是马赫-曾德干涉仪，但是这种双臂结构容易受到环境因素的影响。迈克耳孙干涉仪与马赫-曾德干涉仪类似。FPI理论上具有比前两种干涉仪更高的相位测量灵敏度，并且结构更加紧凑。非本征型光纤FPI是目前应用最为广泛的一种光纤FPI，它由两个端面镀膜的单模光纤密封在特种管道内构成，并要求端面严格平行、同轴。1997年，Ki DongOh等人将单模光纤和金属玻璃丝放置在空心管中，制作出世界上第一个基于非本征型FPI的光纤磁场传感器(Optical fiber Fabry-Perot interferometric sensor for magnetic fieldmeasurement，Photon.Technol.Lett.9(6)，797-799，1997)。这种传感器不易受温度影响，但缺点是在拉伸过程中端面可能不再平行，导致光束不能返回原光纤，使传感器失效。本征型光纤FPI是研究最早的一种光纤FPI，通过在光纤中引入两个反射端面构成。由于光在光纤内传播，损耗很小，易于全光纤结构，但是光纤本身的温度敏感性制约了它的发展。光纤光栅FPI是由在同一根光纤中写入两个相同的光纤布拉格光栅(以下缩写为FBG)构成，制作简单，但是温度的影响始终是困扰光纤光栅FPI传感器的最大问题。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本实用新型提出一种磁感应强度传感头及磁感应强度测量方法及其装置，改善了原有磁场传感器的性能，制作工艺相对简单，可以通过同一套装置实现温度和磁感应强度的高灵敏度同时检测。

技术方案

一种磁感应强度传感头，其特征在于其特征在于包括光纤光栅法布里-珀罗干涉仪1、磁致伸缩材料2、2块永磁体3和两组线圈4；2块永磁体7相对平行置于磁致伸缩材料2的两侧，两组线圈4相对置于磁致伸缩材料2的两端，光纤光栅法布里-珀罗干涉仪1的光纤光栅FPI粘贴在磁致伸缩材料2上；磁致伸缩材料1的长度光纤光栅FPI的腔长或小于光纤光栅FPI腔长的1.5倍；2块永磁体3的长度大于或等于光纤光栅FPI腔长的长度；所述光纤光栅FPI位于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的两段光纤光栅5之间。

所述光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的反射率小于5％。

有益效果

本发明的磁感应强度传感头，解决了传统磁场传感器中温度和磁场的交叉敏感性，实现了温度对磁感应强度的补偿测量，提高了测量精度，通过加载高频调制磁场，还可以降低测量低频磁场时的噪声。同时，既可以用于测量直流磁场，也可用于测量交变磁场，其中对于较弱磁场的测量有较高的灵敏度。本实用新型还可通过提高磁场对磁致伸缩元件的作用效果和光纤光栅F-P腔受制于磁致伸缩元件部分的长度两种方式来改善电流测量的灵敏度和量程。

附图说明

图1为本发明提出的温度补偿型磁感应强度传感头

其中：1、光纤光栅FPI，2、磁致伸缩材料，3、永磁体，4、线圈，5、光纤光栅FPI固定点。

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：