[发明专利]一种基于电流热效应的光纤Bragg光栅磁场传感器及其使用方法

权利要求书

1.一种基于电流热效应的光纤Bragg光栅磁场传感器，其特征在于：包括直流异步电机（1）、电机转轴（2）、换向器（3）、电刷（4）、矩形线圈（5）、桥式整流二极管（6）、滤波电容（7）、可变电阻（8）、光纤Bragg光栅（9）、康铜片（10）、聚四氟乙烯（11）、外接引出光纤（12）；其中直流异步电机（1）、电机转轴（2）、换向器（3）和矩形线圈（5）固定在一起，电刷（4）与换向器（3）相接触且电刷（4）的触点通过导线与桥式整流二极管（6）相连，桥式整流二极管（6）的引出端与滤波电容（7）、可变电阻（8）相连，光纤Bragg光栅（9）通过聚四氟乙烯（11）粘接在康铜片（10）上，并与外接引出光纤（12）相连。

2.根据权利要求1所述的基于电流热效应的光纤Bragg光栅磁场传感器，其特征在于：所述康铜片（10）上割出矩形方槽，其中矩形方槽内放置光纤Bragg光栅（9）。

3.一种基于电流热效应的光纤Bragg光栅磁场传感器的使用方法，其特征在于：所述方法的具体步骤如下：

A、通过直流异步电机的电机转轴带动矩形线圈切割磁场；通过换向器和电刷，将磁场能转换成电能；将产生的电压通过导线，经过桥式整流二极管的整流，滤波电容的滤波，得到感应电压U与磁场的大小B的关系                                                ； 

B、根据感应电压U与磁场的大小B的关系及电流做功的平衡关系，得到电流的大小与磁场大小的关系：；

C、通过可变电阻将导线输出的电压端接在康铜片上，实现了电能和热能之间的转换，根据电流的热效应，得到电流与温度变化量ΔT的关系：I²Rt=CmΔT；

D、通过电流的大小与磁场大小的关系及电流与温度变化量ΔT的关系得到温度变化量ΔT与磁场大小B的关系；

E、根据康铜片上的温度发生变化，得到粘接康铜片上的光纤Bragg光栅的中心波长移位量与温度变化量ΔT的关系；通过温度变化量ΔT与磁场大小B的关系及光纤Bragg光栅的中心波长移位量与温度变化量ΔT的关系得到光纤Bragg光栅的中心波长移位量与磁场大小B的关系；

其中，N为矩形线圈的匝数，S为矩形线圈的横截面积，W为矩形线圈旋转的角速度，R为康铜片的电阻，t为对康铜片通电加热的时间，C为康铜片的比热容，m为康铜片的质量，S_T为传感器的温度系数，为光纤Bragg光栅的中心波长，α为光纤的热膨胀系数，ξ为光纤的热光系数。

4.根据权利要求3所述的基于电流热效应的光纤Bragg光栅磁场传感器的使用方法，其特征在于：直流驱动电机的转轴与安装换向器与电刷的转轴必须以同轴安装，确保中心旋转在同一方向上，使得同轴的转速传递达到最佳值。