[发明专利]磁敏感光缆、制作方法及分布式光纤声传感磁场探测系统

说明书

本公开提供了一种用于分布式光纤声传感的磁敏感光缆，包括：单模光纤，用于传输分布式光纤声传感解调仪发射的脉冲光，并产生反向瑞利散射光；紧套管，套设于所述单模光纤外层，使光纤的微弯损耗敏感性减小，并传递应力；以及含有磁粉的橡胶涂覆层，包裹在紧套管外部。磁敏感光缆将空间任意位置的磁场变化转化为光缆中的光纤后向瑞利散射光相位变化，通过分布式光纤声传感技术用于解调光纤中任意位置处的瑞利散射光相位信息，进而实现空间连续的分布式磁场测量；克服了传统光纤磁传感系统单元规模小、只能满足单一或局部磁场测量等不足。

技术领域

本发明涉及磁场探测领域，特别是用于长距离大规模高空间分辨率的动态磁场测量应用，具体涉及一种磁敏感光缆、制作方法及分布式光纤声传感磁场探测系统。

背景技术

磁场传感器在地震学、地球物理、声学和宇航工程，生物医学等科学领有着广泛应用，利用高灵敏度的地面磁场探测法寻找矿产资源或者磁场源，通过测量人体心脏跳动和头颅内磁场变化做出“心磁图”及“脑磁图”来诊断疾病，通过测量磁场来感知高压传输线路中电流的变化，此外，微弱磁场测量技术也是地磁常规和地震预测的最适用的技术之一。

利用光纤进行磁场检测有多种方法，从原理上大体分为四类：第一类基于法拉第效应，第二类基于磁致伸缩效应，第三类基于电流在磁场受到安培力现象，第四类是利用磁流体等新型材料，其中基于磁致伸缩效应应用作为广泛。1980年，Yariv和Winsor教授首次提出了基于光纤干涉仪和磁致伸缩方法的磁场测量思想，即磁致伸缩干涉型光纤微弱磁场传感器，通常也称干涉型光纤微弱磁场传感器。它将包有或粘贴有磁致伸缩材料的光纤作为干涉仪的信号臂，当有磁场加载到信号臂上，磁场将使得磁致伸缩材料产生形变，从而导致光纤干涉仪信号臂的长度发生变化，该变化将在信号臂与参考臂之间引入相位差，通过相位检测便可获得待测磁场的大小。随着高灵敏度巨磁致伸缩材料/光纤复合结构、微弱信号处理技术、干涉仪稳定性方面取得了显著进展，弱磁场传感技术获得了极大的关注。美国海军实验室、英国肯特大学物理实验室等单位对该项技术进行了一系列研究，马赫-曾德尔干涉仪和带有法拉第旋转透镜的迈克尔逊干涉仪被广泛应用于光纤弱磁测量系统中。随着金属玻璃的出现，F.Bucholtz等首先提出了利用金属玻璃的带状和圆柱形换能器；L.L.Picon等分析了四种不同的光纤与磁致伸缩材料的耦合结构：带状结构、三明治结构、圆柱缠绕结构和外套结构，并重点研究了将光纤粘连在金属玻璃片上和将光纤缠绕在镍棒上这两种耦合形式的光纤弱磁传感器，探测精度最低达0.3mG；国防科技大学通过使用基于保偏光纤的马赫-曾德尔光纤干涉仪，以及对光纤进行溅射镀膜的增敏处理实现了干涉型光纤磁场传感器。