【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及光纤传感，具体涉及基于特制光纤的光纤磁场传感器、系统及应用。
技术介绍
1、近年来，磁场传感在科学研究及工程应用等许多领域都发挥出越来越重要的作用。而基于霍尔效应、磁阻效应及磁通门等传感原理的传统磁场传感器结构及成本尚有待改进。光纤磁场传感器，由于具有重量轻、体积小、成本低、远程可控等特点，受到越来越多的关注。传统光纤使用的石英等材料不易受到电磁信号影响，因此光纤磁场传感器需引入特殊设计的光纤结构和磁敏材料，以便环境磁场可调制光纤中光波的相位、强度、频率等物理特性。
2、一、磁感应光纤传感器常见微纳结构
3、因石英玻璃等材料具有较好的电磁信号屏蔽性，为更好地实现磁场的传感测量，光纤磁场传感器必须与特殊设计的光纤结构相结合，才能对光波的频率、强度和相位等物理参数进行调节，随后对这些变化进行检测。
4、1.基于光纤布拉格光栅(fiber bragg grating,fbg)的传感器
5、fbg是一种分布式布拉格反射器，其折射率调制部分在光纤纤芯上呈周期性分布，可以反射特定波长的光，而传输其它波长的光。fbg的有效折射率可以通过改变光纤包层应力或减小光纤包层厚度来进行调节，为磁场传感提供可能。
6、2.基于干涉仪的光纤传感器
7、光纤中相位变化的检测可以通过干涉仪完成，而干涉仪不同光路的光程差或相位差的大小决定了传感灵敏度等。文中具体讨论了mzi(mach-zehnder interferometer)、fpi(fabry-pérot interfe
8、3.基于微纳结构光纤的传感器
9、光在光纤中传输时，纤芯和包层界面上会形成倏逝场，它会与被测物质相互作用而引起光场能量的损失，反映为光纤输出光强减少，该特性为测量环境磁场提供了可能。微纳拉锥光纤、d形光纤及u形光纤结构可使光纤中的倏逝场更好的渗透到环境中，进而提高传感器灵敏度。
10、二、磁感应光纤传感器常见磁敏材料
11、光导纤维一般由石英玻璃及高聚物等材料制成，其本身具有一定的电磁信号屏蔽性。因此，若想将光纤传感器应用于磁场传感测量中，须在光纤结构中引入磁敏材料，以利用磁敏材料对电磁信号的敏感性，实现光纤传感器对磁场信号的感知功能。
12、1.磁流体材料
13、磁流体是包含磁性纳米颗粒的胶体溶液，当有外界磁场作用时，磁性纳米颗粒的分布模式会随着外界磁场强度和方向发生改变，磁性粒子倾向于沿磁场方向聚集成链状，而胶体的折射率会随之变化，进而为光纤探测提供可能。
14、2.磁致伸缩材料
15、磁致伸缩材料在外加磁场的作用下，其长度在磁化方向会发生伸长或缩短，尺寸变化取决于磁通量密度的大小及方向。磁致伸缩材料可贴附或包裹于光纤结构表面，以使光纤结构在磁场作用下长度产生变化，进而改变光纤折射率等参量。
16、3.磁光材料
17、磁光效应是一种处于磁化状态的物质与光之间发生相互作用而引起的光学现象。当一束线偏振光通过某种透明的磁光材料时，透射光的偏振方向与入射光的偏振化方向相比，产生了一个角度的变化。该材料亦可通过贴附、包裹、连接等方式融入光纤传感结构，进而帮助其探测磁场。
18、三、光纤磁场传感器的常见应用
19、光纤磁场传感器技术发展迅速，具有广泛的应用前景，如在电流传感、海洋多维探测、国防领域等都有重要应用。光纤磁场传感器还可以作为电流传感器、地磁传感器及准分布式磁场传感器来应用。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是：传统的光纤磁场传感器不易受到电磁信号影响，难以很好的应用在井下、空中和海底等特殊环境，环境磁场无法实现对光纤中光波的相位、强度、频率等物理特性的调制；本专利技术目的在于提供基于特制光纤的光纤磁场传感器、系统及应用，在传统的光纤结构基础上进行改进，引入特殊设计的光纤结构和磁敏材料，以便环境磁场可调制光纤中光波的相位、强度、频率等物理特性。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、本专利技术提供一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，包括特制光纤，所述特制光纤包括：
4、单模光纤纤芯，用于传输和传感光信号；
5、金属丝，用于产生感应电流；每根单模光纤纤芯至少配备1根金属丝；金属丝为低阻率金属丝，电阻率不大于0.02ωm。
6、单模光纤包层，用于保护单模光纤纤芯；所述单模光纤包层将单模光纤纤芯和金属丝包裹在内。
7、本方案工作原理：传统的光纤磁场传感器虽然不易受到电磁信号影响，但是难以很好的应用在井下、空中和海底等特殊环境，环境磁场无法实现对光纤中光波的相位、强度、频率等物理特性的调制；本专利技术目的在于提供基于特制光纤的光纤磁场传感器、系统及应用，在传统的光纤结构基础上进行改进，引入特殊设计的光纤结构和磁敏材料，以便在井下、空中和海底等特殊环境中，环境磁场可调制光纤中光波的相位、强度、频率等物理特性。
8、作为优选，低电阻率金属丝为铜丝，且特制光纤的制备过程中，使其具有耐高温、抗氢损和弯曲不敏感的特性，以便在井下、空中和海底等特殊环境中保障特制光纤能够长期使用。特制光纤为耐高温、抗氢损和弯曲不敏感特制光纤。
9、进一步优化方案为，还包括磁芯，所述磁芯为直径为d，高为h的圆柱形磁；所述特制光纤螺旋缠绕在磁芯的外表构成一个磁场传感构件；所述磁芯为耐高温高磁通率圆柱形磁芯。
10、进一步优化方案为，h的范围为5cm-100cm，d的范围为2cm-10cm。
11、进一步优化方案为，还包括：消光器和特制光纤复合保护层；
12、所述特制光纤的尾端连接消光器；
13、所述复合保护层紧密包裹在特制光纤的外表。
14、进一步优化方案为，所述复合保护层为耐高温高强度复合材料，包括耐高温、抗高压、耐腐蚀、耐磨损、高绝缘的柔性非金属复合材料。
15、进一步优化方案为，由3个结构相同的磁场传感构件，在三个相互正交的方向上组装得到三分量光纤磁场传感器。
16、当外部磁场的变化时，紧密缠绕在圆柱体磁芯上的特制光纤内就会生产变化的感应电流，此感应电流在金属丝上流动时，会生产与感应电流流动方向相垂直的电磁力，此电磁力会造成包含金属丝的特制光纤发生相应的应变，造成在特制光纤内传播的激光脉冲的振幅或相位或频率或偏振发生相应的变化，此时连接光纤磁场传感器的分布式光纤应变传感(dss)调制解调器就可以测量出在特制光纤内传播的激光脉冲的变化，从而解调出光纤磁场传感器外部磁场的变化。
17、本方案还提供基于特制光纤的光纤磁场传感系统，包括：调制解调器和基于特制光纤的光纤磁场传感器。将基于特制光纤的光纤磁场传感系统设置在标准的交变磁场内本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，包括特制光纤(1)，所述特制光纤(1)包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，还包括磁芯(5)，所述磁芯(5)为直径为d，高为h的圆柱形磁；所述特制光纤(1)螺旋缠绕在磁芯(5)的外表构成一个磁场传感构件。
3.根据权利要求2所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，h的范围为5cm-100cm，d的范围为2cm-10cm。
4.根据权利要求2所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，还包括消光器(6)和复合保护层(7)；
5.根据权利要求4所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，所述复合保护层(7)为柔性非金属复合材料。
6.根据权利要求2所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，由3个结构相同的磁场传感构件，在三个相互正交的方向上组装得到三分量光纤磁场传感器。
7.基于特制光纤的光纤磁场传感系统，其特征在于，包括：调制解调器(8)和权利要求1-6任意一项所述的一种基于特制光纤的
8.基于特制光纤的光纤磁场传感器的应用，其特征在于，包括：调制解调器(8)、金属套筒(9)、地面测井车(10)和权利要求6所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器；
9.基于特制光纤的光纤磁场传感器的应用，其特征在于，包括：调制解调器(8)、非金属磁场传感器保护盒(11)和权利要求6所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器；
10.基于特制光纤的光纤磁场传感器的应用，其特征在于，包括：调制解调器(8)、海底电磁采集站(13)、和权利要求6所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器；
...【技术特征摘要】
1.一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，包括特制光纤(1)，所述特制光纤(1)包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，还包括磁芯(5)，所述磁芯(5)为直径为d，高为h的圆柱形磁；所述特制光纤(1)螺旋缠绕在磁芯(5)的外表构成一个磁场传感构件。
3.根据权利要求2所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，h的范围为5cm-100cm，d的范围为2cm-10cm。
4.根据权利要求2所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，还包括消光器(6)和复合保护层(7)；
5.根据权利要求4所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感器，其特征在于，所述复合保护层(7)为柔性非金属复合材料。
6.根据权利要求2所述的一种基于特制光纤的光纤磁场传感...
【专利技术属性】
技术研发人员：余刚，张少华，苟量，陆红军，宋喜林，刘雪军，王熙明，夏淑君，蔡志东，吴俊军，陈沅忠，
申请(专利权)人：中油奥博成都科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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