差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪制造技术

本发明专利技术提供一种差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，属于水下光纤弱磁传感技术领域，包括多波长光纤激光环路

【技术实现步骤摘要】
差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪


[0001]本专利技术涉及水下光纤弱磁传感
，具体涉及一种基于多波长光纤激光环路的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪
。

技术介绍

[0002]海洋磁场探测可以发现深藏在海洋区域的地下矿产资源
、
海洋地质构造
、
海底背景及异常地球磁场变化等特征
。
目前，海洋磁场测量技术在军事领域和民用领域都有广泛应用，高精度的海洋磁场信息可为地震监测与研究
、
海底地质研究
、
海洋矿产资源勘探
、
海洋沉船打捞搜救
、
海洋油线管道调查
、
海洋环境检测等提供重要的基础资料
。
[0003]海洋磁场探测的物理原理是磁性目标所产生的感应磁场会叠加在地磁背景场之上，导致目标所在地周边的磁场分布发生改变，产生磁场异常信号
。
通过传感器测量该磁场异常信号，并滤波处理和反演计算出磁性目标的位置
、
速度等信息
。
传统的磁场传感器根据工作原理可以分为：磁通门磁力仪
、
光泵磁力仪
、
霍尔效应磁力仪
、
磁阻式磁力仪
、
超导量子干涉装置（
SQUID
）磁力仪等
。
随着海洋科学的快速发展，研究逐渐由浅海向深远海深入，恶劣快变的海洋环境对原位观测和传感器的性能
、
小型化
、
集成化和模块化方面提出了更高的要求
。
传统海洋磁场传感器使用金属或电子器件构建，在磁场测量中，这些探测器本身即为干扰源，会在被测磁场环境中产生电磁干扰，导致信号磁场失真，进而引发测量误差
。
[0004]近年来，光纤传感技术作为一种新型传感技术随着光纤技术和光电子技术发展起来
。
与传统的传感技术相比，光纤传感器由于具有传输损耗低
、
结构紧凑
、
耐高温
、
耐腐蚀
、
抗电磁干扰
、
制备工艺简单等优点，已应用于智能安防
、
工业监测
、
建筑工程
、
生物医疗和国防等领域
。
基于光纤传感的磁场测量技术需要利用磁敏感材料，例如磁流体（
MF
）
、
磁致伸缩材料（
GMM
）
、
磁致旋光材料等，将磁场的变化转化成光信息的变化，然后通过分析光信息变化实现对磁场的测量
。
光纤磁场传感器具有结构紧凑
、
低损耗
、
易于分布式测量
、
成本低廉
、
抗电磁干扰
、
适宜各种恶劣环境等诸多优点，有望应用于海洋磁场探测领域
。
此外，光纤传感技术还可以实现多参数同时测量，为海洋监测提供更全面的数据
。
然而，传统光纤传感技术在应用于海洋环境时需要解决灵敏度和测量精度低
、
光信号功率低
、
信噪比差
、
可靠性和可信度差等关键问题
。
因此，研究探索光纤传感增敏的新机理和工艺，以发展高精度
、
高信噪比
、
高稳定性
、
快速响应的光纤磁场测量技术，对于深远海环境中的词磁场测量具有重要意义
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种测量精度高
、
信噪比高
、
稳定性好
、
抗干扰能力强且响应速度快的基于多波长光纤激光环路的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，以解决上述
技术介绍
中存在的至少一项技术问题
。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：本专利技术提供一种差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，包括：
多波长光纤激光环路，以及与所述多波长光纤激光环路分别连接的磁场传感探头和解调系统；其中，所述磁场传感探头包括三个分别与所述多波长光纤激光环路连接的磁场传感探头单体，三个所述磁场传感探头单体两两互相垂直形成虚拟三维坐标系；每一个所述磁场传感探头单体均包括由三个不同中心波长的光纤光栅单体级联而成的光纤光栅，三个光纤光栅单体的传感部位分别位于应变放大传感区
、
反应变放大传感区
、
温度补偿传感区；其中，当外部磁场增大时，所述应变放大传感区的光纤光栅单体中心波长发生红移，反应变放大传感区的光纤光栅单体中心波长发生蓝移；当外部温度增大时，利用解调系统解调时通过利用温度补偿传感区的光纤光栅单体中心波长偏移量计算出温度数据
。
[0007]可选的，所述多波长光纤激光环路包括光前置放大器
、
偏振控制器
、
光环形器以及第二耦合器；所述光前置放大器
、
所述偏振控制器
、
所述光环形器和所述第二耦合器通过单模光纤形成闭环连接
。
[0008]可选的，所述光前置放大器的出射光通过偏振控制器调制后输送至光环形器的第一端口，再从第二端口出射至磁场传感探头，所述光环形器的第三端口与第二耦合器相连
。
[0009]可选的，所述第二耦合器将一部分光反馈至所述光前置放大器，剩余部分的光进入解调系统
。
[0010]可选的，所述第二耦合器为
10:90
耦合器，所述第二耦合器将
90%
的光反馈至所述光前置放大器，其余
10%
的光进入解调系统
。
[0011]可选的，所述磁场传感探头单体包括连接后形成所述应变放大传感区
、
反应变放大传感区和温度补偿传感区第一封装部和第二封装部
。
[0012]可选的，所述第一封装部和所述第二封装部均包括一
GMM
封装座，两个所述
GMM
封装座之间连接有磁致伸缩棒，从而实现所述第一封装部和所述第二封装部之间的连接
。
[0013]可选的，所述第一封装部包括连接在其
GMM
封装座上的第一封装悬臂梁
、
第二封装悬臂梁
、
第三封装悬臂梁和第四封装悬臂梁
。
[0014]可选的，所述第二封装部包括连接在其
GMM
封装座上的第五封装悬臂梁
、
第六封装悬臂梁
、
第七封装悬臂梁和第八封装悬臂梁
。
[0015]可选的，所述第一封装悬臂梁
、
所述第二封装悬臂梁
、
所述第三封装悬臂梁
、
所述第四封装悬臂梁
、
所述第五封装悬臂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，其特征在于，包括：多波长光纤激光环路（1），以及与所述多波长光纤激光环路（1）分别连接的磁场传感探头（
27
）和解调系统（2）；其中，所述磁场传感探头（
27
）包括三个分别与所述多波长光纤激光环路（1）连接的磁场传感探头单体（7），三个所述磁场传感探头单体（7）两两互相垂直形成虚拟三维坐标系；每一个所述磁场传感探头单体（7）均包括由三个不同中心波长的光纤光栅单体（8）级联而成的光纤光栅，三个光纤光栅单体（8）的传感部位分别位于应变放大传感区（
28
）
、
反应变放大传感区（
29
）
、
温度补偿传感区（
30
）；其中，当外部磁场增大时，所述应变放大传感区（
28
）的光纤光栅单体（8）中心波长发生红移，反应变放大传感区（
29
）的光纤光栅单体（8）中心波长发生蓝移；当外部温度增大时，利用解调系统（2）解调时通过利用温度补偿传感区（
30
）的光纤光栅单体（8）中心波长偏移量计算出温度数据
。2.
根据权利要求1所述的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，其特征在于，所述多波长光纤激光环路（1）包括光前置放大器（3）
、
偏振控制器（4）
、
光环形器（5）以及一端与所述解调系统（2）连接的第二耦合器（9）；所述光前置放大器（3）
、
所述偏振控制器（4）
、
所述光环形器（5）和所述第二耦合器（9）通过单模光纤（
10
）形成闭环连接
。3.
根据权利要求2所述的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，其特征在于，所述光前置放大器（3）的出射光通过偏振控制器（4）调制后输送至光环形器（5）的第一端口，再从第二端口出射至磁场传感探头（
27
），所述光环形器（5）的第三端口与第二耦合器（9）相连
。4.
根据权利要求2所述的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，其特征在于，所述第二耦合器（9）将一部分光反馈至所述光前置放大器（3），剩余部分的光进入解调系统（2）
。5.
根据权利要求4所述的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，其特征在于，所述第二耦合器（9）为
10:90
耦合器，所述第二耦合器（9）将
90%
的光反馈至所述光前置放大器（3），其余
10%
的光进入解调系统（2）
。6.
根据权利要求1所述的差分光纤激光三维矢量水下弱磁探测仪，其特征在于，所述磁场传感探头单体（7）包括连接后形成所述应变放大传感区（
28
）
、<...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹彬，蒋竹喧，桑国峰，戴光耀，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：