基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置制造方法及图纸

一种基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置，包括光源、2×2光纤耦合器、磁场传感探头、光谱分析仪及单模光纤。所述的磁场传感探头的一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器的一个端口相连，另一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器同一侧的另一个端口相连，形成Sagnac环结构，2×2光纤耦合器另一侧的两个端口分别与光源和光谱分析仪连接。光纤耦合器将光源发出的光分成相向传输的两束光，两束光的相位差对外界磁场变化敏感，在经过Sagnac输出端的干涉作用下，外界磁场的变化引起光纤Sagnac输出谱的变化，通过输出谱变化测量，即可实现磁场强度的传感测量。本发明专利技术提供的磁场传感探头利用锥形无芯光纤和薄膜，在范围区间具备良好的线性度、高灵敏度、简单小巧等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置
本专利技术涉及光纤通信和光纤传感领域，具体涉及一种基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置，主要应用于光纤通信与光纤传感领域。
技术介绍
人类社会生活和自然界的许多领域都存在磁场或与磁场相关的信息。现在有许多利用人工设置的永久磁体产生的磁场作为信息载体的装置。因此，对于探测、采集、存储、转换、复现和监控磁场和磁场中承载的各种信息，磁场测量是电磁测量技术中非常重要的部分。早先的磁场传感器，大都将磁场信息变成电讯号进行测量。但是随着信息产业、工业自动化、交通运输、电力电子技术、办公自动化、家用电器、医疗仪器等等的飞速发展，传统的磁场传感器存在容易受电磁干扰、受环境腐蚀等缺点，在实际应用中受到限制。光纤传感技术以光波为载体，光纤为介质，感知和传输外界信号(被测量)的新型传感技术。作为被测量信号载体的光波和作为光波传播媒质的光纤，具有一系列独特的其他载体和媒质难以相比的优点。光波不怕电磁干扰，易为各种光探测器件接收，可方便的进行光电或电光转换，光纤易与高度发展的现代电子装置和计算机相匹配。作为传感器，与传统的传感器相比，光纤传感器具有一系列独特的优点，如灵敏度高、光纤很好的柔性和韧性、动态响应范围大、频带宽、抗电磁干扰、耐腐蚀、防爆、防燃、传输损耗低、易于实现远距离测量等优点。现已有基于利用磁流体包覆光纤光栅形成磁场传感器等光纤技术的磁场传感器被报道，这种传感器利用磁流体的磁致可变折射率现象，通过改变传输光的相位实现磁场传感。但是这些光纤光栅的写制过程比较麻烦，需要特殊而且昂贵的设备，灵敏度不是很高，并且这些光纤光栅容易受到环境中的温度等参数的影响。所以需要将材料和结构改进，以提高灵敏度和去除环境温度参数的干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决现有光纤光栅传感器制作麻烦成本高而灵敏度低且易受温度干扰等问题，提供一种结构简单、灵敏度高、成本低，能够去除温度干扰等特点的基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置。本专利技术提供的基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置包括光源、2×2光纤耦合器、磁场传感探头、光谱分析仪、单模光纤。所述的磁场传感探头的一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器的一个端口相连，磁场传感探头的另一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器同一侧的另一个端口相连，形成Sagnac环结构，2×2光纤耦合器另一侧的两个端口分别与光源和光谱分析仪连接。其特征在于：所述的磁场传感探头部分包括锥形无芯光纤和电弧放电形成的薄膜，锥形无芯光纤的左端与连接磁场传感探头一端有薄膜的单模光纤熔接，锥形无芯光纤的右端直接与单模光纤连接，利用熔接机先将切割好的单模光纤端面电弧放电形成薄膜，然后将一端有薄膜的单模光纤和锥形无芯光纤熔接，这样在锥形无芯光纤与单模光纤之间嵌入了薄膜。所述的锥形无芯光纤及两端的部分单模光纤放置毛细玻璃管中，毛细玻璃管内灌入磁流体，并用光学固化胶封住毛细玻璃管两端的端口，形成磁场传感探头。所述的锥形无芯光纤也是在熔接机上放电而成，无芯光纤长度为1.5-2.5cm，锥区的腰直径为40-80μm。所述的毛细玻璃管直径为300μm。本专利技术制作的基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置的工作原理：2×2光纤耦合器将由光源发出的光分为相向传输的两束光，分别沿着顺时针和逆时针方向在光纤Sagnac环中传输，在光纤环中传播一周后在光纤耦合器输出端口出射。由于薄膜的作用，一部分光会发生反射，另一部分光继续传播，因此两束相反方向传播的光会发生相位差，其值为：φ＝2π△nL/λ其中Δn为两部分光的有效折射率差，L为两部分光的路程差，λ为入射光波的波长。两束光在2×2光纤耦合器的耦合再次合并时会产生干涉，形成强度随波长呈周期性分布的干涉谱，干涉谱的强度与相位差的关系如下：I∝1+cosφ当磁场传感探头处于不同的磁场强度时，由于磁流体的折射率对所处的磁场敏感，所以磁场通过磁流体可以改变两部分光的光程差，根据上述公式可知，干涉谱的波峰或波谷位置会发生变化，通过监测某个波峰或波谷随磁场变化产生的变化量，即可以解调出磁场强度的变化信息，因为本专利技术应用的是无芯光纤，其对温度敏感性不高，所以本结构对温度也不敏感。本专利技术的优点和有益效果：本专利技术通过利用锥形无芯光纤和熔接放电形成的薄膜，实现了对磁场的测量，本专利技术提供的磁场传感探头在范围区间具备良好的线性度、高灵敏度、简单小巧、可以有效地解决环境温度干扰等优点。附图说明图1是本专利技术中基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置的结构示意图；图2是本专利技术中磁场传感探头的结构示意图；图中：1.光源，2.2×2光纤耦合器，3.磁场传感探头，4.光谱分析仪，5.单模光纤，6.锥形无芯光纤，7.薄膜，8.磁流体，9.光学固化胶，10.毛细玻璃管。具体实施方式为了更好地说明本专利技术的目的和优点，下面结合附图和实例对本专利技术作进一步说明。实施例1如图1所示，本专利技术提供的基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置，包括光源1、2×2光纤耦合器2、磁场传感探头3、光谱分析仪4、单模光纤5。磁场传感探头3的一端通过单模光纤5与2×2光纤耦合器2的一个端口相连，磁场传感探头3的另一端通过单模光纤5与2×2光纤耦合器2同一侧的另一个端口相连，形成Sagnac环结构，2×2光纤耦合器2另一侧的两个端口分别与光源1和光谱分析仪4连接。图2中，所述的磁场传感探头3包括锥形无芯光纤6和电弧放电形成的薄膜7，锥形无芯光纤的左端与连接磁场传感探头3一端有薄膜7的单模光纤5熔接，锥形无芯光纤的右端直接与单模光纤5连接；利用熔接机先将切割好的单模光纤端面电弧放电形成薄膜7，然后将一端有薄膜7的单模光纤5和锥形无芯光纤6熔接，这样在锥形无芯光纤6与单模光纤5之间嵌入了薄膜7。薄膜7的作用是将一部分的光反射回去，另一部分的光透射继续传播。所述的锥形无芯光纤6也是在熔接机上放电而成，所述的锥形无芯光纤及两端的部分单模光纤放置在直径为300μm毛细玻璃管10中，毛细玻璃管内灌入磁流体8，并用光学固化胶9封住毛细玻璃管10两端的端口，形成磁场传感探头3。当磁场传感探头处于不同的磁场强度时，由于磁流体8的折射率对所处的磁场敏感，所以磁场通过磁流体8可以改变两部分光的光程差，干涉谱的波峰或波谷位置会发生变化，通过监测某个波峰或波谷随磁场变化产生的变化量，即可以解调出磁场强度的变化信息。本实例中的无芯光纤是为纯石英制成，长度为2cm。直径为125μm，锥区的腰直径为55μm，磁流体为Ferrotec公司生产的水基磁流体(EMG605)，毛细玻璃管的内径为300μm。锥形无芯光纤及两端的部分单模光纤放置在直径为300μm毛细玻璃管10中，将磁流体8注入毛细管10中并将其两端用光学固化胶9密封后，将毛细玻璃管8置于磁场之中。当外界磁场变大的时候，发现透射峰波长出现蓝移，在50-175Oe范围内，透射峰波长位置与磁场的大小呈线性关系。得到灵敏度为30pm/Oe。并且当外界的磁场达到大于225Oe时，透射峰波长的位置几乎不再发生变化。通过适当的校准后，就可以对未知环境中的磁场进行测量，本专利技术提供的磁场测量装置在范围区间具备良好的线性度、高灵敏度、简单小巧等优点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置，其特征在于该装置包括光源、2×2光纤耦合器、磁场传感探头、光谱分析仪及单模光纤；所述的磁场传感探头的一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器的一个端口相连，磁场传感探头的另一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器同一侧的另一个端口相连，形成Sagnac环结构，2×2光纤耦合器另一侧的两个端口分别与光源和光谱分析仪连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于Sagnac干涉仪的磁场测量装置，其特征在于该装置包括光源、2×2光纤耦合器、磁场传感探头、光谱分析仪及单模光纤；所述的磁场传感探头的一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器的一个端口相连，磁场传感探头的另一端通过单模光纤与2×2光纤耦合器同一侧的另一个端口相连，形成Sagnac环结构，2×2光纤耦合器另一侧的两个端口分别与光源和光谱分析仪连接；所述的磁场传感探头部分包括锥形无芯光纤和薄膜，锥形无芯光纤的左端与连接磁场传感探头一端有薄膜的单模光纤熔接，锥形无...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗银萍，蔺际超，林炜，张楷亮，袁育杰，张昊，刘波，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津;12