[发明专利]一种基于光纤磁场传感器的空间磁梯度张量测量系统及其工作方法

说明书

本发明涉及一种基于光纤磁场传感器的空间磁梯度张量测量系统及其工作方法，包括外部反馈补偿单元、内部光纤磁传感单元及整体结构固定部件单元；内部光纤磁传感单元包括若干条磁传感光纤、调制传感结构、三个光纤固定圆板，若干条磁传感光纤排布固定在三个光纤固定圆板上，每条所述磁传感光纤上设置有两个调制传感结构，调制传感结构的调制实现是通过在外围缠绕调制线圈，在两个调制传感结构施加两个不同的调制频率，在输出光谱的不同调制频率附近得到两个不同位置所测量到的磁感应强度信息。本发明在具有较高磁测灵敏度的同时，能够有效屏蔽外界电磁干扰，其轻巧的设计便于和小型承压舱等结构集成安装测试，适用于复杂物理环境下的磁场探测。

技术领域

本发明涉及一种基于光纤磁场传感器的空间磁梯度张量测量系统及其工作方法，属于光纤传感技术领域。

背景技术

随着磁测技术的不断发展，磁测传感器不断优化，在空间磁探测、军工业、电力、医疗等领域具有深远的意义。磁测探测极大地方便了人们的生活生产和科研研究。

传统的磁场传感器是利用电子元件把磁场转换为电场，电信号易受电磁干扰，并且传输效率不高。磁通门、磁阻效应、光泵浦等磁力仪，大多存在体积大、结构复杂、监测量程小等缺点，在许多领域应用受限。

随着光纤传感技术的发展，利用光纤进行磁场传感逐渐成为各国重点的研究方向，光纤本身对磁场不够灵敏，选择合适的磁敏材料与光纤结合，可以使其克服传统磁场传感器容易受到电磁干扰、灵敏度低、测量范围小等问题的限制，轻巧的结构以及易于分布式复用的特点，容易实现较大空间体积内的同步探测网络，与磁场传感器匹配的调制解调技术可以使信息高速采集。因此，光纤磁场传感器的应用范围更广、可靠性更高。

利用光纤易于复用和组网的特点，通过光纤磁场传感器实现了空间磁梯度张量的测量，能够有效满足水下承压舱和太空舱等空间体积的限制要求，对复杂环境有很好的抗干扰能力，测量灵敏度也能够满足测量需求，是一种应用潜力巨大的传感技术。

磁梯度张量的探测需要使用多个传感器同步测量，将不同位置的传感器测量结果进行采集运算得出磁梯度张量。目前测量精度较高的全张量磁梯度仪是由低温超导量子干涉仪组成，但是体积大、造价高、工作温度要求严格，不适合普遍应用。目前应用较广泛的是基于三轴磁通门传感器的磁梯度张量仪，由四个磁通门传感器组成，需要在外部设计反馈线圈，使磁通门工作在近零磁环境下，以提高测量精度，降低干扰。

发明内容

为解决现有技术的不足，提高磁场传感器适用性和测量信息的全面完整性。本发明提供了一种基于光纤磁场传感器的空间磁梯度张量测量系统，能够适应多环境下测量要求和实现张量信息采集。

本发明还提供了上述空间磁梯度张量测量系统的工作方法。

本发明的技术方案为：

一种基于光纤磁场传感器的空间磁梯度张量测量系统，包括外部反馈补偿单元、内部光纤磁传感单元及整体结构固定部件单元；

所述内部光纤磁传感单元通过所述整体结构固定部件单元固定设置在所述外部反馈补偿单元内，所述外部反馈补偿单元也通过所述整体结构固定部件单元稳固设置；

所述外部反馈补偿单元是表面缠绕线圈的球体结构；外部反馈补偿单元能够在内部产生反馈磁场，屏蔽外界无效的地磁等环境干扰场，让内部光纤传感单元工作在近零磁环境下，提高对待测低频磁场的测量响应度和灵敏度。

所述内部光纤磁传感单元包括若干条磁传感光纤、调制传感结构、三个光纤固定圆板，三个光纤固定圆板包括上层光纤固定圆板、中层光纤固定圆板及下层光纤固定圆板，所述上层光纤固定圆板、中层光纤固定圆板及下层光纤固定圆板自上而下平行设置在所述外部反馈补偿单元内；