一种光纤磁场传感器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于传感器技术领域，具体设及一种利用干设光相位检测磁场的光纤磁场 传感器。
【背景技术】
[0002] 磁场的测量现如今已经广泛地应用于国防科技、医学监测、工业检测等各种领域 当中。医学方面，应用了通过测量人体屯、脏的跳动来诊断疾病的"屯、磁图"；国防方面，应用 磁场检测来探测潜艇、舰船消磁；工业方面，地质勘探中应用探磁法来寻找地下矿石。光纤 磁场传感器能够对磁场进行实时精确的测量，在该些领域里备受青睐。作为光纤传感器中 的一种，光纤磁场传感器经历了多次发展，现已在测量方法、测量范围、测量技术等多方面 有了改善与提升。
[0003] 目前，传统的微弱磁场传感器主要包括磁通口式磁强计、质子旋进磁强计、光累磁 强计和超导量子干设磁强计（S卵ID)等。它们的工作原理与主要用途各有不同。然而，该 些传统的磁场传感器有着成熟的技术，能够满足不同灵敏度的需求，但在实际应用中却存 在着很多的限制因素，比如结构复杂且体积过大、成本过高、响应的动态范围小、频带窄、对 环境的要求过于苛刻等。所W，传统的磁场传感器已难W适应科技的高速发展，人们正在不 断的探索和研究突破常规缺陷的新型磁场传感器。
[0004] 与传统的弱磁测量仪器相比，基于法拉第效应的干设型光纤磁场传感器具有结构 简单、灵敏度高、响应速度快、体积小、重量轻、成本低、抗干扰能力强等优点，可W在强电磁 干扰、高温高压、原子福射、易爆、化学腐蚀等传统测磁仪器无法工作的恶劣条件下使用。
[0005] 光纤微弱磁场传感器的研究开始于1979年，目前采用的主要方案为基于 Michelson干设仪、基于Mach-Zehnder干设仪及基于F-P干设仪的光纤磁场传感器。由于 该=个方案采用的为非互易的光路结构，因此在光的偏振控制及抗干扰等方面存在局限。
【发明内容】
[0006] 为了解决现有技术中存在的问题，本发明提出了具有互易光路结构的光纤磁场传 感器。所述的光纤磁场传感器由光源、禪合器、Y波导、偏振分束器、光纤环、90°法拉第旋光 反射镜和光电探测器组成，所述的光纤环和90°法拉第旋光反射镜组成传感头。光信号在 禪合器的输入端分成两路；一路是光源的尾纤同禪合器的一输入端光纤烙接在一起，另一 路是光电探测器的尾纤与禪合器的另一输入端光纤烙接在一起；禪合器的输出端与Y波导 烙接，Y波导的一个输出端保偏光纤与偏振分束器的一个输入端保偏光纤烙接，Y波导的另 一个输出端保偏光纤与偏振分束的另一个输入端保偏光纤烙接，偏振分束器的输出端光纤 同光纤环的输入端光纤烙接，光纤环的输出端光纤同90°法拉第旋光反射镜输入端烙接， 光电探测器的输出端与信号处理电路相连接，从而测量磁场。
【附图说明】
[0007] 图1为本发明提供的光纤磁场传感器原理示意图。
[000引 图中；
[0009] 1、光源； 2、禪合器； 3、Y波导；
[0010] 4、偏振分束器；5、光纤环； 6、90°法拉第旋光反射镜；
[0011] 7、光电探测器。
【具体实施方式】
[0012] 下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
[0013] 本发明提供一种光纤磁场传感器，如图1所示，由光源1、禪合器2、Y波导3、偏振 分束器4、光纤环5、90°法拉第旋光反射镜6和光电探测器7组成，光信号在禪合器2的输 入端分成两路：一路是光源1的尾纤同禪合器2的一输入端光纤烙接在一起，另一路是光电 探测器7的尾纤与禪合器2的另一输入端光纤烙接在一起；禪合器2的输出端与Y波导3 烙接，Y波导3的一个输出端保偏光纤与偏振分束器4的一个输入端保偏光纤烙接，Y波导 3的另一个输出端保偏光纤与偏振分束器4的另一个输入端保偏光纤烙接，偏振分束器4的 输出端光纤同光纤环5的输入端光纤烙接，光纤环5的输出端光纤同90°法拉第旋光反射 镜6输入端烙接，所述的光纤环5和90°法拉第旋光反射镜6组成传感头。光电探测器7 的输出端与信号处理电路相连接，从而测量磁场。所述的光纤环5采用保偏光纤绕制而成。
[0014] 光路的基本原理为；SLD光源发出的光经禪合器2后，到达Y波导3,形成两束线偏 振光。线偏振光经过偏振分束器4,偏振分束器4使得一束线偏振光偏振方向旋转90°后 与另一束偏振光W正交模式在保偏光纤中传输。经过处于轴向磁场中的光纤环5,产生相位 差。携带相位信息的两束偏振光经90°法拉第旋光反射镜6反射后，偏振模式互换。返回 到处于轴向磁场中光纤环5,再次产生相位差。两束正交模式的线偏光反向经过偏振分束器 4后，分成两束平行模式传输的线偏光，到达Y波导3处发生干设。
[0015] 垂直分量磁场引起的非互易相位差4与光纤环5的总应数m成正比，与光纤环5 尺寸和形状无关：
[0016]
[0017] 其中，n为纤巧折射率，H为垂直分量磁场强度，V为维尔德常数，A为波长，m为 应数。
[001引 由于光纤随机扭转和几何扭转的影响，两束正交偏振光在偏振面上同时转过相同 角度，没有产生相位差。因此，当该两束偏振光在Y波导3处发生干设时，检测到的相位差 信息不含由光纤随机扭转和几何扭转产生的相位差。
[0019] 本发明提供的光纤磁场传感器可W实现磁场测量的互易光路测量，取代目前的 Michelson干设仪等非互易光路方案。
【主权项】
1. 一种光纤磁场传感器，其特征在于：该光纤磁场传感器的传感头至少具备有光纤环 和90°法拉第旋光反射镜。 当正交模式的两束偏振光第一次经过处于轴向磁场中的光纤环时，在垂直分量磁场的 作用下，只有与垂直分量磁场正交的偏振光会产生模式场偏移；经过90°法拉第旋光反射 镜后，两束光的偏振模式互换；另一束偏振光旋转到了与垂直分量磁场正交的位置，产生一 个相反方向的模式场偏移；模式场偏移结合光纤弯曲产生光程差，从而使检测到的相位差 只包含垂直分量磁场引起的非互易相位差。2. 根据权利要求1所述的光纤磁场传感器，其特征在于：垂直分量磁场引起的非互易 相位差巾与光纤环的总匝数成正比，与光纤环尺寸和形状无关：其中，n为纤芯折射率，H为垂直分量磁场强度，V为维尔德常数，X为波长，m为匝数。3. 根据权利要求1所述的光纤磁场传感器，其特征在于：光纤环采用保偏光纤绕制而 成。4. 根据权利要求1所述的光纤磁场传感器，其特征在于：所述的光纤磁场传感器由光 源、耦合器、Y波导、偏振分束器、光纤环、90°法拉第旋光反射镜和光电探测器组成，所述的 光纤环和90°法拉第旋光反射镜组成传感头；光信号在親合器的输入端分成两路：一路是 光源的尾纤同耦合器的一输入端光纤熔接在一起，另一路是光电探测器的尾纤与耦合器的 另一输入端光纤熔接在一起；耦合器的输出端与Y波导熔接，Y波导的一个输出端保偏光纤 与偏振分束器的一个输入端保偏光纤恪接，Y波导的另一个输出端保偏光纤与偏振分束的 另一个输入端保偏光纤熔接，偏振分束器的输出端光纤同光纤环的输入端光纤熔接，光纤 环的输出端光纤同90°法拉第旋光反射镜输入端恪接，光电探测器的输出端与信号处理电 路相连接，从而测量磁场。
【专利摘要】本发明公开了一种光纤磁场传感器。所述的光纤磁场传感器由光源、耦合器、Y波导、偏振分束器、光纤环、90°法拉第旋光反射镜和光电探测器组成，由SLD光源发出的光经耦合器后，到达Y波导，形成两束线偏振光。线偏振光经过偏振分束器，偏振分束器使得一束线偏振光偏振方向旋转90°后与另一束偏振光以正交模式在保偏光纤中传输。经过处于轴向磁场中的光纤环，产生相位差。携带相位信息的两束偏振光经90°法拉第旋光反射镜反射后，偏振模式互换。返回到处于轴向磁场中光纤环，再次产生相位差。两束正交模式的线偏光反向经过偏振分束器后，分成两束平行模式传输的线偏光，到达Y波导处发生干涉。携带干涉相位信息的光返回探测器后，由信号处理电路检测。
【IPC分类】G01R33/032
【公开号】CN104950266
【申请号】CN201510346716
【发明人】王夏霄, 于佳, 张宇宁, 李立京, 邬战军, 李彦
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年9月30日
【申请日】2015年6月19日