一种光纤光栅磁场传感器标定系统技术方案

本实用新型专利技术提出了一种光纤光栅磁场传感器标定系统，利用计算机软件对系统的标定信号进行集成和处理，实现标定数据的实时图形化显示和标定数据文件的自动生成，对于大批量的标定任务来说具有很高的效率。本系统首先对磁场与电流关系进行精确标定，得到电流—磁场对应关系，即利用电流表征磁场，生成磁场标定曲线。随后将待标定光纤光栅磁场传感器放入磁场中，系统开始标定后自动生成光纤波长漂移量与磁场对应关系，实现传感器的全自动精确标定，无需实验人员手动记录。

A calibration system of FBG magnetic field sensor

【技术实现步骤摘要】
一种光纤光栅磁场传感器标定系统
本技术属于磁场传感器标定
，具体涉及一种光纤光栅磁场传感器标定系统。
技术介绍
当铁磁材料处于外磁场作用下时，由于其磁化状态的改变，其长度和体积将发生变化，这就是磁致伸缩效应。一般磁致伸缩材料的伸缩量级太小，通常在10-5，而无法得到有效利用。随着研究的深入，科学家发现掺杂了稀土元素的一些材料具有非常高的磁致伸缩量，达到10-3，称为超磁致伸缩材料GMM(如Terfenol-D)，并且具有很高的能量密度，能够得到很强的输出力，低磁场下具有很好的线性效应。基于超磁致伸缩材料研发的执行器、能量转换器、磁场传感器、力传感器等得到了广泛应用。目前常用的磁场传感技术主要基于霍尔效应和量子霍尔效应，都是基于电测法进行测量，回路中若存在强交变磁场，其精度和测量范围将大打折扣，甚至无法使用。超磁致伸缩材料(如Terfenol-D)具有目前最大的磁致伸缩效应，达到10-3应变伸长量。磁场下积累的弹性能密度大，可产生很强的推力，非常适合在传感器中将磁场能量转换为弹性能。与光纤光栅结合，利用磁致伸缩材料对低频电磁场的伸长响应，转换为光纤光栅的弹性变形，通过光谱将应变信号传输到测量终端，进行信号解调，测点环境回路中不涉及电压电流，避免了电测法在强电磁干扰中的缺陷。光纤光栅作为一种新型的传感器件，相比较于传统电、磁传感器件，具有抗电磁干扰、耐腐蚀、体积小及信号损耗小等显著优点。光纤布拉格光栅(FBG)是使用较广和较为成熟的一种光纤光栅，通过外界物理参量对FBG布拉格波长的调制来获取传感信息。由于FBG以反射波长作为信号载体，克服了传统电测法的弊端，使其作为应变、温度传感器件在土木工程领域得到广泛应用。此外，通过在单根光纤上刻入多个不同布拉格波长的光栅，可实现光纤的准分布式测量。光纤光栅本身不具有磁敏感特性，而超磁致伸缩材料具有非常高的通过将磁致伸缩材料与光纤光栅进行有效的结合，直接粘附或进行有效的结构设计，可以让光纤光栅具有对磁场的敏感性。超磁致伸缩材料在背景磁场作用下的伸长量并不是线性关系，而是明显的非线性。背景磁场与材料伸长量的关系必须通过大量的数据标定来获得，标定越精细越能得到传感器测量的精确值，标定工作是传感器能否有效使用的关键之一，精确的标定系统是完成传感器标定任务的有效保证。
技术实现思路
为了克服上述现有技术中的不足，本技术提供一种光纤光栅磁场传感器标定系统，包括计算机、高速同步采集设备、光纤光栅波长解调仪、可编程电源、磁场发生器和高斯计，所述高速同步采集设备分别与计算机、可编程电源和高斯计相连，所述高速同步采集设备对电源输出的电流信号和高斯计提供的磁场信号进行高速的模数转换，提供给计算机进行处理；光纤光栅波长解调仪与待标定光纤光栅磁场传感器相连，光纤光栅波长解调仪与计算机进行高速通信，实时记录光纤光栅解调仪输出的波长信息；所述磁场发生器分别与可编程电源、待标定光纤光栅磁场传感器相连。优选地，所述可编程电源可以在一定时间内让电流线性缓慢升高，让磁场发生器内部磁场缓慢增加，从而沿着时间增长得到缓慢均匀变化的磁场。优选地，所述磁场发生器为性能稳定的通电螺线管制成的电磁铁。本技术提出了一种光纤光栅磁场传感器标定系统，利用计算机软件对系统的标定信号进行集成和处理，实现标定数据的实时图形化显示和标定数据文件的自动生成，对于大批量的标定任务来说具有很高的效率。本系统首先对磁场与电流关系进行精确标定，得到电流—磁场对应关系，即利用电流表征磁场，生成磁场标定曲线。随后将待标定光纤光栅磁场传感器放入磁场中，系统开始标定后自动生成光纤波长漂移量与磁场对应关系，实现传感器的全自动精确标定，无需实验人员手动记录。附图说明图1是本技术实施例的光纤光栅磁场传感器标定系统的结构示意图。具体实施方式如图1所示：本技术公开了一种光纤光栅磁场传感器标定系统。模块功能简介：1、计算机计算机利用编写好的软件程序对信号进行高速实时处理，实时生成标定曲线在屏幕中显示，在硬盘中存储。2、高速同步采集设备高速同步采集设备与计算机进行高速通讯，对电源输出的电流信号和高斯计提供的磁场信号进行高速的模数转换，提供给计算机进行处理。3、光纤光栅波长解调仪光纤光栅波长解调仪与计算机进行高速通信，实时记录光纤光栅解调仪输出的波长信息。4、可编程电源利用可编程电源可以在一定时间内让电流线性缓慢升高，让磁场发生器内部磁场缓慢增加，从而沿着时间增长得到缓慢均匀变化的磁场，有利于标定的进行。5、磁场发生器磁场发生器为性能稳定的通电螺线管制成的电磁铁，可生成一定区域内均匀稳定的磁场，将传感器放置于该位置，通过调整输入电流可获得对应的磁场，在这之前先进性电流—磁场曲线的标定。6、高斯计高斯计提供多通道的磁场测量，并提供多通道的标准模拟信号输出，接入霍尔探头后即可根据磁场形式进行布置，将模拟信号接入采集卡中即可实现物理信号的采集。沿着磁场方向将探头进行阵列布置，还可以测量磁场的均匀性。7、待标定光纤光栅磁场传感器光纤光栅磁场传感器可以由多种类型构成，结合磁敏材料与光纤光栅变形测量方法进行有效的结构设计，以获得磁敏材料在磁场下变形与光纤光栅波长飘移的关系。光纤光栅通过波长解调仪将反射波长信号输入计算机，计算机即可进行处理。系统工作原理：第一步，可编程电源设置：将电源输出模式设置为线性增加的模式，按照电源所能提供的最小电流加载速率进行设置。一般为0.01A每秒或更低为佳，可让磁场发生器产生均匀缓慢增加的磁场。第二步，高斯计设置：将高斯计的霍尔探头固定于磁场发生器产生磁场的中心，打开模拟输出端口，与高速同步采集卡连接。第三步，磁场—电流关系标定：打开电脑和采集设备开关，启动采集设备和程序。同时启动可编程电源，按照预设的线性加载方案进行电流加载。计算机将采集处理电流信号与高斯计提供的磁场信号，形成磁场与电流的对应关系。通过多次标定，拟合得到稳定的磁场电流关系线性关系。第四步，待标定磁场传感器放置：将待测传感器与光纤光栅波长解调仪连接好后放置于磁场发生器磁场的中心位置。在计算机设置好相关配套软件的采集信息。第五步，波长—电流信号采集，打开可编程电源、波长解调仪、计算机采集程序，启动先前设置的电源电流线性加载方案，磁场将缓慢线性增加，电流信息将实时在计算机中显示。同时计算机采集光纤光栅波长解调提供的波长信息，标定程序将两信号进行处理，形成标定信息，显示在屏幕的同时在计算机硬盘中形成标定文件。最后应说明的是：以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，尽管参照前述实施例对本技术进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本技术的精神和原则之内，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光纤光栅磁场传感器标定系统，其特征在于，包括计算机、高速同步采集设备、光纤光栅波长解调仪、可编程电源、磁场发生器和高斯计，所述高速同步采集设备分别与计算机、可编程电源和高斯计相连，所述高速同步采集设备对电源输出的电流信号和高斯计提供的磁场信号进行高速的模数转换，提供给计算机进行处理；光纤光栅波长解调仪与待标定光纤光栅磁场传感器相连，光纤光栅波长解调仪与计算机进行高速通信，实时记录光纤光栅解调仪输出的波长信息；所述磁场发生器分别与可编程电源、待标定光纤光栅磁场传感器相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种光纤光栅磁场传感器标定系统，其特征在于，包括计算机、高速同步采集设备、光纤光栅波长解调仪、可编程电源、磁场发生器和高斯计，所述高速同步采集设备分别与计算机、可编程电源和高斯计相连，所述高速同步采集设备对电源输出的电流信号和高斯计提供的磁场信号进行高速的模数转换，提供给计算机进行处理；光纤光栅波长解调仪与待标定光纤光栅磁场传感器相连，光纤光栅波长解调仪与计算机进行高速通信，实时记录光纤光栅解调仪输出的波长...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨韬略，关明智，王省哲，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：新型
国别省市：甘肃;62