【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及磁场传感器，具体涉及一种磁场温度双参量测量装置及方法。
技术介绍
1、光纤传感技术作为一种新型传感技术，与传统传感技术相比，其具有抗电磁干扰、体积小和耐腐蚀等诸多优点，从诞生之初便获得了许多研究学者的密切关注。随着光纤传感技术的逐步发展，期间诞生了许多重要的研究成果，各类光纤传感器也被应用到生产、建设、安防、医疗等众多领域当中。同时其在磁场测量领域的巨大潜力也使其成为在磁场传感领域中的重要研究内容之一。
2、光纤法布里-珀罗干涉仪(fabry–pérot interferometer，fpi)是一种典型的光纤器件，以其结构简单、体积小、高可靠性、高灵敏度等优势受到了人们的广泛关注。基于fpi结构，国内外相关学者先后提出空气腔fpi、二氧化硅腔fpi、聚合物腔fpi、双腔混合fpi等多种光纤传感单元结构。目前fpi主要通过光纤熔接、光纤刻蚀等方式构成干涉结构，并检测其干涉谱随被测物理量的变化情况从而实现传感，目前已应用于温度、折射率、应变等传感。
3、由于在导航，车辆，医疗仪器系统和电流检测方面的应用前景广阔，磁场传感器引起了广泛的研究兴趣[j.lenz and s.edelstein,“magnetic sensors and theirapplications,”ieee sens.j.6(3),631–649(2006).]。不同种类的磁强计已被广泛使用，如霍尔效应传感器，它是一种换能器，将变化的磁场转化为输出电压的变化，霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压
4、在磁场检测中与采用的传统技术相比，光纤磁场传感器具有体积小，成本低，抗电磁干扰能力强，抗化学腐蚀性强等优点，更具吸引力。已经提出了各种用于光学磁场传感的方法，包括全光纤电流互感器，这种方法利用的是法拉第旋光效应，但由于普通光纤的verdet系数较小，所以这种方法的灵敏度普遍较低，并且需要复杂的解调方法。还有利用磁流体折射率随磁场大小变化这一特性进行磁场测量的方案，但是磁流体在空气中容易风干，因此这种方案需要特殊的封装工艺；传统磁场光纤光栅传感器通过用粘贴的方式与磁致伸缩合金材料结合，利用磁致伸缩合金材料在磁场作用下长短、大小改变使得光纤光栅中心波长发生变化，从而实现对磁场信息的探测。
5、但由于光纤材料的杨氏模量较大(通常在gpa量级以上)，因此光纤与磁致伸缩合金材料结合时其应变转换效率低以及应变损耗较大，导致磁致伸缩合金材料的应变量不能有效的传递到光纤光栅上，这也是该类光纤磁场传感器灵敏度较低的主要原因之一。同时由于胶水的粘贴强度也会随温度以及时间的推移发生改变，这也将导致该类型的光纤磁场传感器性能具有很大的不确定性。除此之外为增加灵敏度通常采用光纤拉锥、光纤腐蚀或设计特殊结构光纤提高灵敏度，但这些方法操作困难且可重复性低。
6、而利用空气腔fpi结构可以很好的解决上述问题，已有学者提出基于空气腔fpi实现磁场传感的方案，该方案通过v形槽或毛细管将两端光纤进行匹配，并将匹配的两段光纤粘贴在磁致伸缩合金材料上。当外界磁场发生改变时，磁致伸缩合金材料的伸缩将传递到匹配的两端光纤上，导致fpi腔长发生变化，从而引发fpi谐振波长的漂移，通过监测波长变化实现磁场的传感。但传统空气腔fpi主要通过飞秒激光、微管熔接、或熔接特种光纤等方式制成，这些方式存在成本高，制作难度大等问题，同时单腔结构的fpi在应用于磁场传感时存在磁场温度交叉敏感问题。
7、对于光纤传感解调方式中，大多数采用光谱分析仪(optical spectrumanalyzer,osa)用于光信号监测，但osa的低分辨率和低解调速度，严重制约了光纤磁场传感器的整体性能。微波光子学是一门融合微波技术和光子学的新兴交叉学科，除了基于传统波长解调方式的光纤磁场传感外，基于微波光子技术的光纤磁场解调方案也被众多研究人员所提出。而微波光子滤波器(microwave photonic filter,mpf)是微波光子学中的一个重要器件，基于光子器件的优势，如：大带宽、低损耗、可重构性以及抗电磁干扰等，mpf可以克服传统信号处理中电子器件导致的性能瓶颈。
8、mpf的实现方式可以分为非相干状态和相干状态两种。对于非相干状态下的mpf，分为有限脉冲响应(finite impulse response，fir)或无限脉冲响应(infinite impulseresponse，iir)，其可以通过延迟线配置实现。非相干状态下的mpf系统为了避免光学干涉，通常采用非相干光源或激光阵列。对于相干状态下的mpf，光源通常为单波长光源，并且mpf的频谱响应是由光学滤波器的光谱响应直接转换而来。其中fir-mpf通常由光源、调制器、延迟线模块和光电探测器组成，其可以形成等效的通带滤波响应，是研究人员关注的重点之一。
9、国内外相关学者先后提出基于mpf的温度、应力、湿度、曲率以及磁场等传感方案。基于mpf的传感方案，通过设计相应结构，使待测物理量与mpf的中心频率建立联系，进而通过监测mpf的中心频率获得有关待测物理量的信息，借助成熟的具有高分辨率和高速度的数字信号处理器(digital signal processing,dsp)模块来测量微波信号，可有效提高解调速度和分辨率。已有学者提出基于保偏光纤(polarization maintaining fiber,pmf)级联mpf的磁场传感方案，该方案将pmf粘贴在磁致伸缩合金材料上，通过监测基于色散效应mpf的衰落频率和两抽头mpf的下陷频率，来实现温度和磁场的同时测量。但是该方案为了保证光在不同光纤链路传输中偏振态不变，需要使用偏振控制技术或整条光路采用能保持传输光偏振特性的保偏光纤，增加了系统的复杂程度。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种磁场温度双参量测量装置及方法，旨在利用光纤传感技术与微波光子技术，以解决上述
技术介绍
中存在的传感单元结构复杂、成本高、解调速度慢、精度低和磁场温度交叉敏感等技术问题。
2、为了实现上述目的，本专利技术采取了如下技术方案：
3、一方面，本专利技术提供一种磁场温度双参量测量装置，包括：光源，光环形器，复合腔fpi磁场传感探头，电光调制器，色散元件，光放大器，光电探测器，矢量网络分析仪。
4、所述的光源用于产生光载波，并将所输出的光传输至所述的光环形器。
5、可选的，所述的光环形器与光源连接，输出端与复合腔fpi磁场传感探头连接，其用于连接光本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种磁场温度双参量测量装置，其特征在于，包括：光源、光环形器、复合腔FPI磁场传感探头、电光调制器、色散元件、光放大器、光电探测器以及矢量网络分析仪；
2.根据权利要求1所述的磁场温度双参量测量装置及方法，其特征在于，包括光源，复合腔FPI磁场传感探头，电光调制器，色散元件，光电探测器形成MPF。
3.根据权利要求1所述的一种磁场温度双参量测量装置，其特征在于，复合腔FPI磁场传感探头，其由第一单模光纤、陶瓷插芯、第二单模光纤和磁致伸缩合金材料组成，并用紫外光固化胶进行固定与封装。
4.根据权利要求3所述的磁场温度双参量测量装置，其特征在于，复合腔FPI磁场传感探头的复合腔FPI结构由第一单模光纤的反射面1、第二单模光纤的反射面2和反射面3构成。
5.根据权利要求4所述的磁场温度双参量测量装置，其特征在于，所述复合腔FPI磁场传感探头的反射面1与反射面2构成空气腔FPI，反射面2和反射面3构成二氧化硅腔FPI，反射面1与反射面3构成混合腔FPI。
6.一种基于如权利要求1至5任一项所述的磁场温度双参量测量装置的磁场温
7.根据权利要求6所述的磁场温度双参量测量方法，其特征在于，对磁场与温度的同时测量，表达式为：
...【技术特征摘要】
1.一种磁场温度双参量测量装置，其特征在于，包括：光源、光环形器、复合腔fpi磁场传感探头、电光调制器、色散元件、光放大器、光电探测器以及矢量网络分析仪；
2.根据权利要求1所述的磁场温度双参量测量装置及方法，其特征在于，包括光源，复合腔fpi磁场传感探头，电光调制器，色散元件，光电探测器形成mpf。
3.根据权利要求1所述的一种磁场温度双参量测量装置，其特征在于，复合腔fpi磁场传感探头，其由第一单模光纤、陶瓷插芯、第二单模光纤和磁致伸缩合金材料组成，并用紫外光固化胶进行固定与封装。
4.根据权利要求3所述的磁场温度双参量测量装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：王目光，刘仟，高浦峰，蔡诗怡，武蓓蕾，王子潇，王颖，朱明健，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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