基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，本发明专利技术的信号发生器输出端与可调谐激光器的电压调谐端口连接，可调谐激光器的光输出端依次连接光隔离器、衰减器、偏振控制器，偏振控制器输出端连接光纤锥输入端，光纤锥中的光场通过倏逝波耦合进出瓶状微腔，光纤锥的输出端与光电探测器的接收端相连。光电探测器输出的电压信号送入谱仪输入端。本发明专利技术所述的一种基于瓶状微腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，解决了现有的光学谐振腔利用光学模式解调直流磁场时精度不高的问题，通过腔机械模式频率的变化解调直流磁场信息，可以获得更高的精度。本发明专利技术主要应用于高精度的直流磁场测量中。

【技术实现步骤摘要】
基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统
本专利技术涉及的是一种基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，具体涉及一种利用微气泡腔机械模式解调外界磁场信息的光学传感系统，属于光学领域。
技术介绍
磁场传感器具有无损探测的优势，在交通、医疗、国防等多个领域中都有广泛的应用。其中直流磁场传感器更是构建电流、角度等诸多传感器的核心器件，磁场传感器的灵敏度决定了电流传感器对弱电流的检测能力或角度传感器的角度分辨能力，高灵敏度的磁场传感器可以为高分辨力的电流、角度等传感器提供更多技术选择。基于光学谐振腔的磁场传感器具有易集成、功耗低、灵敏度高、抗电磁干扰等天然优势，为高精度磁场传感提供了技术手段。目前光学手段进行的直流磁场传感多数是基于谐振腔的光学模式的调谐特性进行的，在磁场作用下，腔的光学谐振频率发生变化，进而解调磁场信息。为满足高精度磁场传感的需求，我们提出了一种基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，利用这种结构进行磁场传感时，灵敏度相比利用光学谐振腔光学模式调谐特性的直流磁场传感器的灵敏度有大幅提高，可以分辨出微弱的直流磁场变化。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提出了一种基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，可用于高精度的直流磁场传感。本专利技术基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，包括信号发生器、可调谐激光器、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥、微气泡腔、磁致伸缩介质、胶水、光电探测器、谱仪；所述的信号发生器输出的电压信号送入可调谐激光器的电压调谐端口，可调谐激光器的出射端与隔离器的输入端连接，隔离器的输出端与衰减器的输入端连接，衰减器的输出端与光纤锥输入端之间的光纤上设置有偏振控制器；光纤锥输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入微气泡腔内，腔内光场经过光纤锥耦合输出至光电探测器的接收端，光电探测器输出的信号进入谱仪；传感系统中可调谐激光器、隔离器、衰减器、偏振控制器、光纤锥、光电探测器之间的连接均采用光纤连接；信号发生器与可调谐激光器的电压调谐端口、光电探测器与谱仪之间使用两端口通用的电学线缆连接；微气泡腔的两端通过胶水粘结在磁致伸缩介质上；所述的微气泡腔与光纤锥始终处于耦合状态。作为优选，所述的微气泡腔的材料为二氧化硅。作为优选，所述的微气泡腔的壁厚保证光在其内传输时会有倏逝波存在于谐振腔的外表面。作为优选，所述的磁致伸缩介质为Terfenol-D或其它在磁场作用下会发生形变的介质，并保证微气泡腔的机械模式发生变化即可。作为优选，所述的可调谐激光器的调谐范围要满足探测需求，波段选用通讯波段，且与光电探测器的接收波段相匹配。作为优选，所述的偏振控制器的偏振状态要保证腔模式的光学品质因数最高，使得更多的光局域在腔内。作为优选，所述的谱仪的分辨率选择要保证能分辨出腔的机械模式。本专利技术中的传感系统相比利用谐振腔光学模式频率变化的磁场传感系统，在同样的条件下具有更高的灵敏度。同时，光纤与微气泡腔的耦合系统尺寸较小，易于集成。附图说明图1为专利技术的一种基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统的结构示意图。具体实施方式下面通过具体实施方式进一步阐明本专利技术的实质性特点和显著进步，但本专利技术的内容不仅仅局限于下面的实施方式：具体实施方式一：如图1所示，本实施方式所述的基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统包括信号发生器1、可调谐激光器2、隔离器3、衰减器4、偏振控制器5、光纤锥6、微气泡腔7、磁致伸缩介质8、胶水9、光电探测器10、谱仪11。其中，信号发生器1输出的电压信号送入可调谐激光器2的电压调谐端口，可调谐激光器2的出射端与隔离器3的输入端连接，隔离器3的输出端与衰减器4的输入端连接，衰减器4的输出端与光纤锥6输入端之间的光纤上设置有偏振控制器5。光纤锥6输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入微气泡腔7内，腔内光场也可以经过光纤锥6耦合输出至光电探测器10的接收端，光电探测器10输出的信号进入谱仪11。传感系统中可调谐激光器2、隔离器3、衰减器4、偏振控制器5、光纤锥6、光电探测器10之间的连接均采用光纤连接；信号发生器1与可调谐激光器2的电压调谐端口、光电探测器10与谱仪11之间使用两端口通用的电学线缆连接。外界磁场的变化将导致磁致伸缩介质8发生形变，进而导致用胶水9粘结在磁致伸缩介质8上的微气泡腔7的机械模式发生变化，因而谱仪11上测量的腔的透射场的频谱中将包含磁场信息，通过数据处理可以解调出外界直流磁场信息。此外，所述的谱仪11也可以利用数据采集卡和数据处理软件来替代。具体实施方式二：结合图1说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统的进一步限定。先将微气泡腔7两端通过三维调整架放置在磁致伸缩介质8上，在保证腔7的中间部分不接触磁致伸缩介质8的前提下，利用胶水9将二者接触的位置固定。而后，利用光纤锥6将光场耦合进入微气泡腔7中。微气泡腔7可以替换为柱状微腔、或其它形状的微腔，只要保证机械模式的频率在磁致伸缩介质形变时发生变化、且光源输出的光场在其内可以低损耗的传输，同时在腔外表面存在倏逝波。磁致伸缩介质8的形状可以根据需求自由设计，只要保证能在磁场作用下发生形变，并导致谐振腔的机械模式的频率发生变化即可。在测量磁场时，将该系统置于待测环境中，调整至最佳磁场响应位置，通过谱仪11探测到的机械模式的频率漂移可以解调出待测环境中磁场的变化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，包括信号发生器(1)、可调谐激光器(2)、隔离器(3)、衰减器(4)、偏振控制器(5)、光纤锥(6)、微气泡腔(7)、磁致伸缩介质(8)、胶水(9)、光电探测器(10)、谱仪(11)；其特征在于，信号发生器(1)输出的电压信号送入可调谐激光器(2)的电压调谐端口，可调谐激光器(2)的出射端与隔离器(3)的输入端连接，隔离器(3)的输出端与衰减器(4)的输入端连接，衰减器(4)的输出端与光纤锥(6)输入端之间的光纤上设置有偏振控制器(5)；光纤锥(6)输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入微气泡腔(7)内，腔内光场经过光纤锥(6)耦合输出至光电探测器(10)的接收端，光电探测器(10)输出的信号进入谱仪(11)；传感系统中可调谐激光器(2)、隔离器(3)、衰减器(4)、偏振控制器(5)、光纤锥(6)、光电探测器(10)之间的连接均采用光纤连接；信号发生器(1)与可调谐激光器(2)的电压调谐端口、光电探测器(10)与谱仪(11)之间使用两端口通用的电学线缆连接；微气泡腔(7)的两端通过胶水(9)粘结在磁致伸缩介质(8)上；所述的微气泡腔与光纤锥始终处于耦合状态。...

【技术特征摘要】
1.基于微气泡腔机械模式可调谐特性的直流磁场传感系统，包括信号发生器(1)、可调谐激光器(2)、隔离器(3)、衰减器(4)、偏振控制器(5)、光纤锥(6)、微气泡腔(7)、磁致伸缩介质(8)、胶水(9)、光电探测器(10)、谱仪(11)；其特征在于，信号发生器(1)输出的电压信号送入可调谐激光器(2)的电压调谐端口，可调谐激光器(2)的出射端与隔离器(3)的输入端连接，隔离器(3)的输出端与衰减器(4)的输入端连接，衰减器(4)的输出端与光纤锥(6)输入端之间的光纤上设置有偏振控制器(5)；光纤锥(6)输出的光场通过倏逝波耦合的方式进入微气泡腔(7)内，腔内光场经过光纤锥(6)耦合输出至光电探测器(10)的接收端，光电探测器(10)输出的信号进入谱仪(11)；传感系统中可调谐激光器(2)、隔离器(3)、衰减器(4)、偏振控制器(5)、光纤锥(6)、光电探测器(10)之间的连接均采用光纤连接；信号发生器(1)与可调谐激光器(2)的电压调谐端口、光电探测器(10)与谱仪(11)之间使用两端口通用的电学线缆连接；微气泡腔(7)的两端通过胶水(9)粘结在磁致伸缩介质(8)上；所述的微...

【专利技术属性】
技术研发人员：于长秋，周铁军，钱正洪，朱礼尧，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33