[实用新型]一种基于光纤光栅的磁场强度测量装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种磁场测量装置，特别是一种基于光纤光栅的磁场强度测量装置。

背景技术

磁场测量方法有很多，如磁通门法、磁光泵法、超导量子器件干涉法等。采用这些方法的测量仪器基本都是由电子器件组成，造成测量仪器抗电磁干扰和耐高温能力差，无法在恶劣的环境下工作，极大地限制了应用范围。具体而言，电子线路耐高温性能差，在温度150℃环境下使用时，测量仪器的工作时间都需要严格限制，无法长时间测量，不能满足高温长时间测量要求。其次，在电磁干扰严重的环境下测量信号容易受到干扰，测量误差大，导致所采集的信息可靠性和准确性无法得到保障。

与电子器件相比，光纤传感器在高灵敏度、高精度、大动态范围、抗电磁干扰、耐高温高压等性能方面更具技术优势。因而在磁场测量，特别是微弱磁场测量方面倍受关注。

现有磁场测量方法都不适于磁场的高精度测量，同时其测量仪器制作复杂成本较高，尚无高精度的磁场测量装置，这是市场的缺欠。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种基于光纤光栅的磁场强度测量装置，这种装置具有不受电磁干扰、测量精度高、结构简单、成本较低、使用方便的突出优点。

本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，包括依次连接的光源模块、隔离器、耦合器、光电探测模块和信号处理模块，以及与耦合器连接的磁感应模块；所述磁感应模块包括光纤、以等间距均匀布置在光纤上的光栅、粘贴于光栅上的磁致伸缩薄膜、装充在磁致伸缩薄膜所封闭的光栅间隔中的光纤匹配液，以及贴在磁致伸缩薄膜外表面的保护层。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，所述磁感应模块，其光栅为Bragg光栅、光栅间距为2mm，光纤光栅的厚度为2mm，光纤光栅的反射光谱带宽在6nm-8nm。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，所述光源模块为半导体光源；所述信号处理模块采用嵌入式计算机，安装有测量软件。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，所述光电探测模块包括PIN光电转换电路、除法器、低通滤波器和电压放大电路；所述PIN光电转换电路连接耦合器，用于将光信号转化成电流，再转化成电压；所述除法器连通PIN光电转换电路和低通滤波器，用于消除光源波动的影响；所述低通滤波器连接电压放大电路，用于进行滤波处理，减少输出电路中的噪声；所述电压放大电路，用于将处理的信号进行放大。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，所述PIN光电转换电路包括PIN光电二极管、电阻和运算放大器，所述PIN光电二极管串联电阻，再连接运算放大器。

以上PIN光电转换电路，PIN光电二极管完成光信号到电流信号的转换，转换效率高，电阻与运算放大器组成的放大器将电流信号转换为电压信号；同时PIN光电转换电路能够减小漏电电流，提高检测灵敏度。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，所述除法器包括运算放大器、电阻和模拟四象限乘法器。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置，所述电压放大电路包括三运放和可调电阻。

以上电压放大电路，由于从除法器输出的信号较小，在经过低通滤波器的衰减，信号很弱，不便于采集，需要对信号进行放大；所采用的三运放的输入端的三极管提供差分双极输入，并采用低输入偏置电流，通过输入级内部运放的反馈，保持输入三极管的集电极电流恒定，并使输入电压加到外部增益控制的电阻上，调节电阻的阻值，可使电压放大很多倍数，同时增益控制精度高。

本实用新型的基于光纤光栅的磁场强度测量装置的测量方法：接通设备，将磁感应模块放置于非磁场中，通过光电探测模块收集反射光，并转化为信号处理模块可读取的数字信号，进行测量装置的标定；将磁感应模块放置于磁场中进行测量，所测的结果与标定的结果进行对比，找到磁场强度与波长之间的关系，检测波长就可以测得磁场强度。

本实用新型的工作原理是：从半导体光源发出的光经过隔离器、耦合器入射到置于测量磁场中的磁感应模块中，其超磁致伸缩薄膜受磁场作用产生形变，光纤光栅对薄膜形变非常敏感，入射光在光纤光栅中发生反射，反射光携带超磁致伸缩薄膜形变信息回到耦合器中，同时被光电探测模块收集转化，形成数字信号发送到信号处理模块，进行处理，就能通过计算得到磁场的强度。