一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置及其使法，属于光纤传感技术领域。该基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，包括光源模块、准直透镜、起偏器、聚焦透镜、碲酸盐光纤、检偏器、检测模块；其中，光源模块、准直透镜、起偏器、聚焦透镜、碲酸盐光纤、检偏器的水平中心线重合；其利用碲酸盐光纤在磁场中的法拉第旋转效应进行磁场的测量。并且还提供了一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置对磁场强度检测的使用方法。该基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，体积小、灵敏度高、耐高温、抗电磁干扰，能够检测较低磁场强度，并且能够进行远程检测，避免环境影响对磁场的改变。环境影响对磁场的改变。环境影响对磁场的改变。
【技术实现步骤摘要】
基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置及其使法
[0001]本专利技术属于光纤传感
，具体涉及一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置及其使法。
技术介绍
[0002]随着现代科学技术的发展，传感器作为能将一种能够将被测信号转换为其他形式信息输出的检测器件，在工程、化学、生物医学、军事、航空航天等诸多科研领域及生产生活中被广泛应用。众所周知，在军用民用领域，存在于自然界中的电磁场以及由于人为因素产生的电磁环境均会对电气电子设备及相关系统产生严重影响，因而研究电磁分布特性及测量防护方法对信号完整性、通信设备安全均具有重要意义，针对磁场的相关测量研究已经成为近年来电磁领域的研究热点。
[0003]传统的磁场传感器虽然有较为成熟的技术，能够满足各种灵敏度需求，但在实际应用中存在很多限制因素。例如，电学磁场传感系统使用有缘金属线缆进行信号传导，极易对被测磁场的分布情况产生干扰，从而对外界磁场噪音相当敏感。此外，传统传感器结构复杂、体积大、频带窄、动态范围小、成本高、对环境的需求过于苛刻，因此传统磁场传感器已难以满足日益发展的科技需求，更多性能更好的新型磁场传感器需要被不断探索和研究。
[0004]光纤传感技术作为一种以光波作为载体、光纤作为媒介检测外界信号变化的新型传感技术，可以实现高速、准确、自动化的信息提取，为后期信息传输及处理奠定了基础。光纤本身重量轻、体积小、抗电磁干扰能力强，特别适合在易燃易爆、强电磁干扰或空间受限等恶劣环境下使用。光纤传输的光波包括波长、强度、相位、偏振态等多种特征参量，这些特征参量对温度、压力、应变、弯曲、浓度、磁场等外界因素非常敏感，使光纤成为一种良好的敏感元件并在恶劣环境下逐渐取代了传统传感器。近年来，如何发展能够具有高灵敏度、高探测精度、大动态范围特点的新型光纤传感器成为了光纤传感领域的研究热点。碲酸盐光纤基于较大的费尔德系数能在磁场环境中产生更大的法拉第旋角，且具有较宽的传输范围，为研发高灵敏度磁场传感器提供了新的有效途径。
技术实现思路
[0005]针对目前传统电学磁场传感系统的弊端，光纤磁场传感器的研发得到了关注和发展。本专利技术的一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其利用碲酸盐光纤在磁场中的法拉第旋转效应进行磁场的测量。当一路光经过线偏振器转换成线偏振光后，通过置于磁场中的磁光材料时，入射光的偏振振动方向会发生一定角度的旋转，该角度大小与外界所加磁场强度的量值大小有关。这就是法拉第效应，也可称为磁致旋光效应。本专利技术采用的磁光材料为碲酸盐光纤，只要测出了入射光偏振方向旋转的角度大小，就可以根据旋转角度的大小确定出所加磁场强度。利用该原理进行磁场传感时，为了使探测精度更加准确，在选择磁光介质时，应当选择磁化强度较大且磁光系数或费尔德常数尽可能大的磁场介质，相对于传统石英光纤，碲酸盐具有更高的费尔德常数，正是符合这种较好磁光性能
要求的介质材料，其形成的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，体积小、灵敏度高、耐高温、抗电磁干扰，能够检测较低磁场强度，并且能够进行远程检测，避免环境影响对磁场的改变。
[0006]本专利技术的一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，包括光源模块、准直透镜、起偏器、聚焦透镜、碲酸盐光纤、检偏器、检测模块；
[0007]其中，光源模块、准直透镜、起偏器、聚焦透镜、碲酸盐光纤、检偏器的水平中心线重合；
[0008]准直透镜用于将光源模块发出的光变成平行光；
[0009]起偏器用于将平行光转化成线偏振光；
[0010]聚焦透镜用于将线偏振光聚焦到碲酸盐光纤的入射光端面，作为入射光；
[0011]碲酸盐光纤置于磁场环境中，用于将入射光在偏振方向发生角度的旋转；
[0012]检偏器用于检测入射光在偏振方向旋转的角度大小；
[0013]检测模块用于检测输出光强度大小。
[0014]所述的光源模块为窄带激光器、或宽带光源加窄带滤波器的组合。
[0015]所述的光源模块输出激光的工作波长范围为400-1000nm，线宽为1-10nm。
[0016]所述的起偏器优选为线偏振控制器。
[0017]所述的碲酸盐光纤的结构包括但是不限于无芯光纤、阶跃型光纤、微结构光纤中的一种。
[0018]所述的碲酸盐光纤直径为125-200μm，所述的碲酸盐光纤的长度为5-40cm。
[0019]所述的检测模块可为光谱仪，直接进行显示光强度信号。
[0020]所述的检测模块还可以是光电探测器，模/数转换器和计算机，其中，光电探测器将光信息转换成电信号，经模/数转换器进行模数转换成计算机接收的数字信号，再通过计算机程序进行处理显示。
[0021]所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其检测磁场灵敏度为3.0～29.66rad/T，工作传输范围为400-1000nm。
[0022]本专利技术的一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置的使用方法，包括以下步骤：
[0023]步骤1：确定标准曲线
[0024]启动光源模块，调整检偏器的角度，使得起偏器与检偏器的偏振角度相同，检测模块检测的输出光强度即为I
max
；
[0025]将基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置中的碲酸盐光纤置于磁场发生装置中，开启磁场发生装置，磁场强度记为H1，并设置磁场发生装置产生的磁场方向和碲酸盐光纤中光的传输方向平行，此时，检测模块检测的输出光强度降低；再次调整检偏器的角度，使得检测模块检测的输出光强度再次为I
max
，此时，记载检偏器的旋转角度，记为α1，得到H1和α1的对应关系；
[0026]重复上述步骤，得到H2和α2、H3和α3、
……
、H
n
和α
n
的对应关系，根据对应关系，进行拟合曲线，得到磁场强度和旋转角度的标准曲线；
[0027]步骤2：检测磁场
[0028](1)启动光源模块，调整检偏器的角度，使得起偏器与检偏器的偏振角度相同，检
测模块检测的输出光强度即为I
max
；
[0029](2)将该基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置放入实测磁场环境中时，保证其他器件状态不变的情况下，仅调整该基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置的方向，使检测模块检测到的输出光强度最大时，磁场方向与碲酸盐光纤中光传输方向平行；此时，检测模块检测的输出光强度<I
max
；
[0030](3)调整检偏器的角度，使得检测模块检测的输出光强度再次为I
max
，此时，记载检偏器的旋转角度，记为α
检
；
[0031]将α
检
带入磁场强度和旋转角度的标准曲线，得到对应的磁场强度。
[0032]所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置的使用方法中，碲酸盐光纤中光的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，该基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置包括光源模块、准直透镜、起偏器、聚焦透镜、碲酸盐光纤、检偏器、检测模块；其中，光源模块、准直透镜、起偏器、聚焦透镜、碲酸盐光纤、检偏器的水平中心线重合；准直透镜用于将光源模块发出的光变成平行光；起偏器用于将平行光转化成线偏振光；聚焦透镜用于将线偏振光聚焦到碲酸盐光纤的入射光端面，作为入射光；碲酸盐光纤置于磁场环境中，用于将入射光在偏振方向发生角度的旋转；检偏器用于检测入射光在偏振方向旋转的角度大小；检测模块用于检测输出光强度大小。2.根据权利要求1所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，所述的光源模块为窄带激光器、或宽带光源加窄带滤波器的组合；所述的光源模块输出激光的工作波长范围为400-1000nm，线宽为1-10nm。3.根据权利要求1所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，所述的起偏器为线偏振控制器。4.根据权利要求1所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，所述的碲酸盐光纤的结构选用无芯光纤、阶跃型光纤、微结构光纤中的一种；所述的碲酸盐光纤直径为125-200μm，所述的碲酸盐光纤的长度为5-40cm。5.根据权利要求1所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，所述的检测模块为光谱仪，直接进行显示光强度信号。6.根据权利要求1所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，所述的检测模块包括光电探测器，模/数转换器和计算机，其中，光电探测器将光信息转换成电信号，经模/数转换器进行模数转换成计算机接收的数字信号，再通过计算机程序进行处理显示。7.根据权利要求1所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其特征在于，所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置，其检测磁场灵敏度为3.0～29.66rad/T，工作传输范围为400-1000nm。8.权利要求1～7任意一项所述的基于碲酸盐光纤法拉第旋转效应的磁场传感装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定标准曲线启动光源...
【专利技术属性】
技术研发人员：程同蕾，张帆，李斌，孙悦，李曙光，闫欣，张学楠，王方，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：
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