[发明专利]利用磁光材料测量空间磁场的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁场测量技术领域，具体地说是一种利用磁光材料测量空间磁场的装置及方法。

背景技术

磁场的测量在工业领域的各个方面都有着重要应用，例如无线通信系统周边的磁场分布对通信信号的干扰、大型吊装设备磁性系统的磁场分布、磁悬浮列车的磁场分析，以及现在比较新型的通过测量导体周边磁场分布测量磁场技术，乃至于对于地磁的分析，等等；涉及到永磁材料附近磁感应强度的测量、金属材料退磁后的剩余磁场测量、机械零件加工后的残磁、强磁屏蔽后的漏磁测量，以及直流电机、扬声器、磁选机、永磁除铁器等工作磁场的测量，广泛分布于磁性材料生产、永磁电机、机械加工、不锈钢制品及模具制造等行业。

目前磁场测量常用的技术包括磁通门法、霍尔效应法、磁阻效应法，等等；这些方法的一个基本原理，都是通过电磁感应的方式进行磁场测量。

近些年，采用光传感技术进行测量在工业技术领域日益受到重视。利用磁光材料测量磁场是一种很有效的磁场测量方法。该技术的基本原理如图1所示，图1是采用磁光材料测量磁场的原理图。当一束偏振光通过一个处于磁场当中的磁光材料时，其偏振方向由于法拉第磁光效应而发生改变，在磁光材料长度一定的情况下，偏振方向改变的角度β随磁感应强度B的增加而增加。利用图1长度为D的磁光材料，通过测量偏振光由于磁场变化产生的偏转角度，从而计算出磁场强度。

与传统磁场测量技术相比，使用磁光材料测量磁场的系统，可采用光纤作为测量信息传输介质，使用光信号进行测量信息传输，具有测量现场无需供电、信号传输不受电磁干扰等优点。

从图1中可以看出，在磁场方向和磁光材料通光方向一致的情况下，磁光材料中偏振光的旋转角度和磁场大小有直接关系。但在空间磁场测量当中，人们往往不知道磁场方向，因此也不能保证磁光材料摆放的方向(磁光材料摆放的方向与其内通光方向一致)和磁场方向一致，当两者方向不一致的时候，磁光材料中偏振光的旋转角度和磁场方向在磁光材料通光方向上投影的大小有关系。所以，使用单一的一个磁光材料，无法测量未知磁场方向的磁场大小。

发明内容

本发明的目的之一就是提供一种利用磁光材料测量空间磁场的方法，该方法能够在不知道空间磁场方向的情况下，测量出磁场的方向和大小。

本发明的目的之二就是提供一种利用磁光材料测量空间磁场的装置，采用该装置测量磁场，可在不知道空间磁场方向的情况下，测量出磁场的方向和大小。

本发明的目的之一是这样实现的：一种利用磁光材料测量空间磁场的方法，包括如下步骤：

a、将第一磁光材料、第二磁光材料和第三磁光材料放置在待测磁场中，且三个磁光材料的相对位置固定不变；三个磁光材料内通光方向两两之间均保持一个大于0°小于180°的角度，且三个磁光材料内的通光方向不在同一平面上；

b、设置光源；使光源发出的光转变为三束偏振光，分别为第一偏振光、第二偏振光和第三偏振光；使第一偏振光通过第一磁光材料，使第二偏振光通过第二磁光材料，使第三偏振光通光第三磁光材料；

c、测量第一偏振光通过第一磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第一偏转角β_a，测量第二偏振光通过第二磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第二偏转角β_b，测量第三偏振光通过第三磁光材料后光束偏振方向发生偏转的第三偏转角β_c；

d、根据三个偏转角计算出待测磁场的磁感应强度和方向。

本发明通过在待测磁场中放置三个相对位置固定不变的磁光材料(例如为磁光晶体或磁光玻璃等)来同时作为磁场传感器件，且三个磁光材料内通光方向两两之间均保持一个大于0°小于180°的角度，再有，保证三个磁光材料内的通光方向不在同一平面上。在每一个磁光材料内通入一束偏振光，由于法拉第效应，偏振光在经过磁光材料后偏振方向发生了偏转，本发明通过分别测量三束偏振光通过各自对应的磁光材料后偏振方向改变的角度β_a、β_b和β_c(偏振方向改变的角度可根据光强的变化而求出)，再根据下面的公式即可求出待测磁场的磁感应强度和方向。