本发明专利技术涉及一种磁感应强度传感头及磁感应强度测量方法及其装置，其特征在于：将磁场传感头置于待测磁场中，粘贴在磁致伸缩材料上的光纤光栅ＦＰＩ感测周围环境中的温度、偏置磁场、调制磁场和待测磁场的大小。单色光源发出的光信号进入光纤光栅Ｆ－Ｐ腔中，干涉后形成近似为双光束干涉信号输出。根据双光束干涉信号得到光纤光栅Ｆ－Ｐ腔的腔长变化量，再通过腔长变化量与磁场强度的线性关系得到的测量值。最终，利用磁场强度测量值与实际待测值之间对温度的补偿关系，以及磁场强度和磁感应强度的关系，得出磁感应强度的实际值。本发明专利技术既可以测量直流磁场，也可测量交变磁场，其中对于较弱磁场的测量有较高的灵敏度。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种磁感应强度传感头及磁感应强度测量方法及其装置，属于光纤传 感及光学测量领域。
技术介绍
磁场测量在国防、工业以及医学等领域有着重要的意义。主要应用有磁性扫雷、 武器搜索、磁导航、潜艇探测、电流测量、矿产探测以及医学仪器等方面。用于弱磁 场(<10'8T)的传感器有多种，如磁通门磁强计、光泵磁强计和超导量子干涉器件 等。其中超导量子干涉器件是已知灵敏度最高的磁场传感器，分辨率可达1(T14T以上， 但由于系统需要工作在液氮温度下，结构复杂、体积庞大，因此只适合在实验室条件 下工作。1980年，A.Yariv和H.V.Winsor首次提出了利用磁致伸縮材料对光纤扰动以 改变光波相位的方法来探测弱磁场(Proposal for detection of magnetic field through magnetostrictive perturbation of optical fibres, QpA5(3): 87-89， 1980)，从i里论纟合 出了最小可探测磁场达到1.2x10—"T。这种光纤弱磁场传感器继承了光纤传感器结构简 单、精度高、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强等优点，可在恶劣条件下工作。利用磁致伸縮效应测量弱磁场的光纤传感器主要采用三种干涉仪结构马赫-曾德干涉仪、迈克耳孙干涉仪和法布里-珀罗干涉仪(FPI)。研究最多、最全面的是马赫-曾德干涉仪，但是这种双臂结构容易受到环境因素的影响。迈克耳孙干涉仪与马赫-曾德干涉仪类似。FPI理论上具有比前两种干涉仪更高的相位测量灵敏度，并且结构 更加紧凑。非本征型光纤FPI是目前应用最为广泛的一种光纤FPI，它由两个端面镀 膜的单模光纤密封在特种管道内构成，并要求端面严格平行、同轴。1997年，KiDong Oh等人将单模光纤和金属玻璃丝放置在空心管中，制作出世界上第一个基于非本征型FPI白勺光纟千磁:t汤ft感器(Optical fiber Fabry誦Perot interferometric sensor for magnetic field measurement, P/zoto". Tec/mo/.9(6)， 797-799， 1997)。这种传感器不易受温度影 响，但缺点是在拉伸过程中端面可能不再平行，导致光束不能返回原光纤，使传感器 失效。本征型光纤FPI是研究最早的一种光纤FPI，通过在光纤中引入两个反射端面 构成。由于光在光纤内传播，损耗很小，易于全光纤结构，但是光纤本身的温度敏感 性制约了它的发展。光纤光栅FPI是由在同一根光纤中写入两个相同的光纤布拉格光 栅(以下縮写为FBG)构成，制作简单，但是温度的影响始终是困扰光纤光栅FPI传 感器的最大问题。
技术实现思路
要解决的技术问题为了避免现有技术的不足之处，本专利技术提出一种磁感应强度传感头及磁感应强度 测量方法及其装置，改善了原有磁场传感器的性能，制作工艺相对简单，可以通过同 一套装置实现温度和磁感应强度的高灵敏度同时检测。技术方案一种磁感应强度传感头，其特征在于其特征在于包括光纤光栅法布里-珀罗干涉仪 1、磁致伸缩材料2、 2块永磁体3和两组线圈4; 2块永磁体7相对平行置于磁致伸縮 材料2的两侧，两组线圈4相对置于磁致伸缩材料2的两端，光纤光栅法布里-珀罗干 涉仪1的光纤光栅F-P腔粘贴在磁致伸縮材料2上；磁致伸缩材料1的长度等于光纤 光栅F-P腔长或小于光纤光栅F-P腔长的1.5倍；2块永磁体3的长度大于或等于光纤 光栅F-P腔长的长度；所述光纤光栅FPI位于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的两段光纤 光栅5之间。所述光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的反射率小于5%。一种利用上述任一种磁感应强度传感头实现温度补偿测量磁感应强度的方法，其 特征在于步骤如下-步骤i:将磁场传感头置于待测磁场中，输入一个发出波长为;u光强为/o的单色光源的光信号，磁场传感头输出一个光强为/的双光束干涉信号；步骤2:根据光强为/的双光束干涉信号得到光纤光栅法布里-珀罗干涉仪光纤光栅F-P腔长变化量M =arccos、^ "oW/i 乂A ，其中A为光纤光栅FPI对波长2朋为义的单色光强度的峰值反射率，^为光纤光栅FPI干涉信号的初相位，《为光纤纤 芯的折射率；步骤3:根据A/z与磁场强度H的线性关系，得到磁场强度的测量值#为 = ^cos(叫")，其中Ho为磁场传感头中的永磁体在磁致伸縮材料处的磁场强度，^为磁场传感头中的线圈在磁致伸縮材料产生的磁场强度幅值，納为磁场 传感头中的线圈中产生交变电流的圆频率，p为磁场传感头中的线圈中产生交变电流 的圆频率的初相位值，A为磁致伸縮材料的磁致伸縮系数；步骤4:根据测量值/T与实际值7/对温度的补偿关系，得出环境中所测量的磁场强度实际值为// = §^^，其中Ar为温度的变化量，根据^的变化在实验得 Ceff到的A与T的曲线中查得；7X为磁致伸缩材料应变对温度的灵敏度系数、K,为磁致伸縮材料的温度磁场强度交叉灵敏度系数，Ceff为磁致伸縮材料在测量温度下的磁致伸 縮系数，三个系数值由常规实验定标的方式得到；步骤5:通过空气中的磁场强度与磁感应强度的关系，得到实际环境中的磁感应 强度3=^#，其中^为真空中的磁导率。一种实现温度补偿测量磁感应强度的方法的装置，其特征在于包括单模光纤6、单色光源7、光电探测器8、光纤耦合器9、磁场传感头10和折射率匹配液11;磁场传感头10连接光纤耦合器9的一个端口，光纤耦合器9的另一个端口通过单模光纤插 入到折射率匹配液11中，光纤耦合器9的另外两个端口分别连接单色光源7和光电探 测器8。有益效果本专利技术的磁感应强度传感头及磁感应强度测量方法及其装置，解决了传统磁场传 感器中温度和磁场的交叉敏感性，实现了温度对磁感应强度的补偿测量，提高了测量 精度，通过加载高频调制磁场，还可以降低测量低频磁场时的噪声。同时，本专利技术既 可以测量直流磁场，也可测量交变磁场，其中对于较弱磁场的测量有较高的灵敏度。 本专利技术还可通过提高磁场对磁致伸縮元件的作用效果和光纤光栅F-P腔受制于磁致伸 縮元件部分的长度两种方式来改善电流测量的灵敏度和量程。附图说明图1为本专利技术提出的温度补偿型磁感应强度传感头图2为本专利技术提出的基于光纤光栅FPI的磁感应强度测量装置结构示意图图3为两组线圏中通以恒定强度和恒定频率的电流时，单色光强度峰值反射率A 与温度的变化关系。横坐标为温度，纵坐标为A。其中1、光纤光栅FPI， 2、磁致伸縮材料，3、永磁体，4、线圈，5、光纤光栅 FPI固定点，6、单模光纤，7、单色光源，8、光电探测器，9、光纤耦合器，10、磁 感应强度传感头，11、折射率匹配液。具体实施例方式现结合实施例、附图对本专利技术作进一步描述参阅附图l，为所述光纤光栅FPI磁感应强度传感器探头。光纤光栅F-P腔粘贴在磁致伸缩材料2上，永磁体3平行固定在磁致伸縮材料2两侧，两组线圈4置于磁 致伸縮材料2的两端，为测量装置加载高频交变磁场。参阅附图2，为基于光纤光栅FPI的磁感应强度测量装置结构示意图。附图1中 传感器探头的光纤光栅FPI1通过单模光纤6与光纤耦合器9 一侧的一个端口连接，另 一端口与折射率匹配液11相连，光纤耦合器9的另一侧的两个端口分别与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种磁感应强度传感头，其特征在于包括光纤光栅法布里－珀罗干涉仪（１）、磁致伸缩材料（２）、２块永磁体（３）和两组线圈（４）；２块永磁体（７）相对平行置于磁致伸缩材料（２）的两侧，两组线圈（４）相对置于磁致伸缩材料（２）的两端，光纤光栅法布里－珀罗干涉仪（１）的光纤光栅Ｆ－Ｐ腔粘贴在磁致伸缩材料（２）上；磁致伸缩材料（１）的长度等于光纤光栅Ｆ－Ｐ的腔长或小于光纤光栅Ｆ－Ｐ腔长的１．５倍；２块永磁体（３）的长度大于或等于光纤光栅Ｆ－Ｐ腔长的长度；所述光纤光栅Ｆ－Ｐ腔位于光纤光栅法布里－珀罗干涉仪的两段光纤光栅（５）之间。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：赵建林，吕全超，姜碧强，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]
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