[实用新型]基于磁致伸缩材料的弱磁场单向光纤光栅传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及基于磁致伸缩材料的弱磁场单向光纤光栅传感器。

背景技术

光纤光栅传感器具有尺寸小，重量轻，抗电磁干扰，复用性好等其它类型传感器不具备的优点，近年来发展迅速，各种光纤光栅传感产品得到开发并广泛应用。然而，光纤光栅本身的抗电磁辐射干扰特性大大限制了其在磁场，特别是在弱磁场测量方面的发展。中国专利CN103163493A通过测量光纤布拉格光栅的边模抑制比的变化量与外界磁场的变化量之间的对应关系实现外界磁场的测量。但该发明涉及磁流体毛细管的灌入，操作较难控制及光纤光栅边模抑制比解调时易受本底光噪声的干扰，因此该发明在弱磁场测量方面存在着一定的约束性。

实用新型内容

为解决现有技术存在的不足，本实用新型公开了基于磁致伸缩材料的弱磁场单向光纤光栅传感器，本发明首先通过电压放大电路、原边线圈、副边线圈实现外界弱磁场的同频幅值放大；再通过磁致伸缩材料实现外界电磁场与光纤光栅波长之间对应关系的转换；最终通过将光纤光栅波长的反演实现外界弱磁场的测量。此发明适用于潮湿、电磁干扰强环境，实现弱磁场的测量。

为实现上述目的，本实用新型的具体方案如下：

基于磁致伸缩材料的弱磁场单向光纤光栅传感器，包括原边线圈，原边线圈通过电压放大电路与副边线圈相连，电压放大电路用于将原边线圈产生的感应电压放大，副边线圈的中心处放置有磁致伸缩材料块，磁致伸缩材料块上放置有光纤光栅。

所述光纤光栅为敏感元件光纤光栅。

所述光纤光栅包括光纤光栅本体及与光纤光栅本体相连的尾纤。

所述电压放大电路、副边线圈、磁致伸缩材料块及光纤光栅本体均放置在电磁屏蔽箱内。

所述形状参数已知的磁致伸缩材料块，材料块为长方体形状且其磁致伸缩系数已知。

工作原理：电压放大电路实现原边线圈因受外界磁场影响所产生的感应电压的放大。放大之后的电压作用于副边线圈从而实现外界弱磁场的同频幅值放大。因该发明的被测对象为弱磁场，因此电磁屏蔽箱主要用于保护副边线圈、电压放大电路、磁致伸缩材料块不受外界电磁辐射的干扰，提高该发明的检测精度。基于磁致伸缩材料本身随外界电磁场变化材料本身会产生一定形变的性质建立磁场与光纤光栅中心波长的对应关系。通过分析光纤光栅中心波长，反演计算得外界弱磁场的幅值及频率信息。

由线圈有效磁通量的定义，磁通量＝B·S·cosα，其中α为外界磁场方向与线圈轴线之间的夹角。当外界磁场与原边线圈轴向方向垂直时通过原边线圈的磁通量最大，进而实现外界被测磁场方向的选择。

电压放大电路主要用来放大原边线圈因受外界磁场影响所产生的感应电压。通过电压放大电路放大后的原边线圈感应电压作用于副边线圈产生与外界磁场同频但幅值更大的电磁场即原边线圈、电压放大电路、副边线圈主要实现外界电磁场幅值的放大，便于传感器实现外界弱磁场的检测。

电磁屏蔽箱主要用于保护电压放大电路、副边线圈、磁致伸缩材料块不受外界电磁辐射的影响。磁致伸缩材料块主要用于产生因副边线圈磁场变化所引起对应的应变值。

本实用新型的有益效果：

该传感器主要基于磁场感应定律通过电压放大电路放大原边线圈感受外界的电磁场所产生的电压。放大后的原边电压在副边线圈产生与被测磁场同频的强磁场信号，进而通过光纤光栅获取因磁致伸缩材料本身的特性获取因其所在环境磁场变化所引起的材料的应变，从而建立外界弱磁场与光纤光栅波长之间的变化，最终通过反演获得外界弱磁场的信息。本发明适用于潮湿、电磁干扰强环境下的弱电磁的测量。

附图说明

图1为基于磁致伸缩材料的弱磁场单向光纤光栅传感器的模块示意图；

图中：1-原边线圈，2-电压放大电路，3-副边线圈，4-电磁屏蔽箱，5-磁致伸缩材料块，6-光纤光栅,7-尾纤。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型进行详细说明：

如图1所示，一种新型的基于磁致伸缩材料的弱磁场单向光纤光栅传感器主要包括原边线圈1、副边线圈3、电压放大电路2、电磁屏蔽箱4、磁致伸缩材料块5及敏感元件光纤光栅6。

基于磁致伸缩材料本身的维拉利效应，敏感元件光纤光栅6主要用于建立光栅波长λ_B与磁致伸缩材料应变ε_磁之间的对应的关系。反演这种对应关系，该传感器实现外界弱磁场的测量。