[0026] 磁致伸缩体2的材料为化Dv化2，其弱磁场条件下的线性度好，伸缩系数大，结构为 长方体：10mm (长度)方向为磁化方向，磁致伸缩体上开设机械固定孔和卡 槽，分别与基座1和双面法拉第反射镜3连接。法拉第旋光片301采用旋光角度为 45°，误差小于+/-1%双面反射镜302规格为反射率大于99% ;双面反射镜302与两 片法拉第旋光片301采用"Ξ明治结构"叠装，采用紫外固化环氧树脂粘接。
[0027] 如图1所示，所述等臂长迈克尔逊干设仪包括一对光纤准直探头4、光纤5W及迈克 尔逊干设装置6,优选的，光纤准直探头采用长焦距的格林透镜，聚焦长度大于10mm，透镜外 径Φ 1.，尾纤采用普通SMF-28单模光纤。所述光纤准直探头固定在所述面法拉第反 射镜3的两侧的基座上，所述光纤准直探头通过光纤5与迈克尔逊干设装置6连接，所述一对 光纤准直探头4W及双面法拉第反射镜3的中屯、在同一条轴线上。
[00%]如图2所示，所述迈克尔逊干设装置6包括激光光源601、光隔离器602、光禪合器 603、光探测器604、相位解调电路605。所述激光光源601的输出端口与光隔离器603的输入 端口连接，所述光隔离器602的输出端口与光禪合器603的第一端口连接，所述光禪合器603 的第二端口与光纤5连接，光禪合器603的第Ξ端口与光纤5连接，光禪合器603的第四端口 与光探测器604的输入端口连接，光探测器604输出端口与相位解调电路605电连接。
[0029] 优选的，所述激光光源601使用窄线宽激光光源，窄线宽激光光源的线宽小于 lOOIfflz，工作波长在1550nm，输出功率在2dBm，W保证有效地相干长度和系统足够的功率预 算;光隔离器602工作波长在1550皿，隔离度大于45地，插入损耗小于IdB，W减小反射光对 光源的影响。光禪合器603为四端口禪合器，工作波长1550皿，1端口为输入端口，2、3端口为 50:50的输出端口，4端口为反向输出端口。相位解调电路605采用数字PGC解调电路提取相 位信息，本发明所设及的PGC解调电路等，已经在水听计等中获得广泛应用。在此只是列举 部分实现方式，不对模块的细部特征再做具体叙述。
[0030] 本发明还公开了一种基于磁光禪合的弱磁传感器的磁场测量方法，包括如下步 骤：
[0031] 将所述弱磁传感器置于标准磁场环境中，检测此时信号的相位输出，设定为参考 相位；
[0032] 将所述弱磁传感器置于外磁场中，磁致伸缩体2长度发生变化，带动双面法拉第反 射镜3产生水平位移，使双面法拉第反射镜3的两路反射光的光程发生变化；
[0033] 反射光光程的变化导致等臂长迈克尔逊干设装置6中电信号的相位发生变化，通 过数字PGC解调电路提取相位的变化，计算出法拉第反射镜的位移;电信号的相位变化ΔΦ 与双面法拉第反射镜3位移量Δ X之间的按如下公式换算：
[0034]
[0035] 其中λ是激光光源的波长；
[0036] 根据测算的双面法拉第反射镜3位移量和已知磁致伸缩体2的伸缩系数，校验传感 系统的工作范围和线性工作区域。
[0037] 比较外磁场中的相位值相对于参考相位值的变化趋势，进而确定外磁场的方向。 假定标准磁场中的相位值为45°，在外磁场与标准磁场相当时，实测相位值大于45°，则意味 着外磁场增强;实测相位值小于45°，意味着外磁场减弱。
[0038] 所述弱磁传感器及测量方法充分发挥了迈克尔逊干设仪高精度测量的优点，通过 采用等臂长迈克尔逊干设仪的差动位移测量方法，降低溫度和偏振衰落对系统精度的影 响，将灵敏度提高2-3倍;与此同时，利用磁致伸缩材料的自由伸缩结构来实现磁光禪合，有 效避免了力学负载对磁致伸缩材料重复性的影响，突破了磁致伸缩材料在光学传感测量中 的局限性，可真正实现磁光传感器的高精度测量。
【主权项】
1. 一种基于磁光耦合的弱磁传感器，其特征在于:包括基座（I)、磁致伸缩体(2)、双面 法拉第反射镜(3)和等臂长迈克尔逊干涉仪，所述磁致伸缩体(2)的一端与基座（1)机械固 定连接，另一端与双面法拉第反射镜(3)粘接，当磁致伸缩体(2)在外磁场的作用下产生长 度变化时，改变双面法拉第反射镜(3)的位置，双面法拉第反射镜(3)的位置变化量被等臂 长迈克尔逊干涉仪检测和处理后，将相应的磁致伸缩体(2)的长度变化量转换为磁场的大 小。2. 如权利要求1所述的基于磁光耦合的弱磁传感器，其特征在于:所述双面法拉第反射 镜(3)包括2个法拉第旋光片（301)和双面反射镜(302)，所述双面反射镜(302)夹在2个法拉 第旋光片(301)之间。3. 如权利要求1所述的基于磁光耦合的弱磁传感器，其特征在于:所述等臂长迈克尔逊 干涉仪包括一对光纤准直探头(4)、光纤(5)以及迈克尔逊干涉装置(6)，所述光纤准直探头 固定在所述面法拉第反射镜(3)的两侧的基座上，所述光纤准直探头通过光纤(5)与迈克尔 逊干涉装置(6)连接，所述一对光纤准直探头(4)以及双面法拉第反射镜(3)的中心在同一 条轴线上。4. 如权利要求3所述的基于磁光耦合的弱磁传感器，其特征在于:所述迈克尔逊干涉装 置(6)包括激光光源(601)、光隔离器(602)、光耦合器(603)、光探测器(604)、相位解调电路 (605);所述激光光源（601)的输出端口与光隔离器(603)的输入端口连接，所述光隔离器 (602)的输出端口与光耦合器(603)的第一端口连接，所述光耦合器(603)的第二端口与光 纤(5)连接，光耦合器(603)的第三端口与光纤(5)连接，光耦合器(603)的第四端口与光探 测器(604)的输入端口连接，光探测器(604)输出端口与相位解调电路(605)电连接。5. 如权利要求4所述的基于磁光耦合的弱磁传感器，其特征在于：所述相位解调电路 (605)采用数字PGC解调电路提取相位信息。6. -种基于磁光耦合的弱磁传感器的磁场测量方法，其特征在于包括如下步骤： 将如权利要求1-5中任意一项所述的弱磁传感器置于标准磁场环境中，检测此时信号 的相位输出，设定为参考相位； 将所述弱磁传感器置于外磁场中，磁致伸缩体(2)长度发生变化，带动双面法拉第反射 镜(3)产生水平位移，使双面法拉第反射镜(3)的两路反射光的光程发生变化； 反射光光程的变化导致等臂长迈克尔逊干涉装置(6)中电信号的相位发生变化，通过 数字PGC解调电路提取相位的变化，计算出法拉第反射镜的位移；电信号的相位变化ΔΦ与 双面法拉第反射镜(3)位移量Ax之间的按如下公式换算：其中λ是激光光源的波长； 根据测算的双面法拉第反射镜(3)位移量和已知磁致伸缩体(2)的伸缩系数，计算出当 前磁场的强度；比较外磁场中的相位值相对于参考相位值的变化趋势，进而确定外磁场的 方向。
【专利摘要】本发明公开了一种基于磁光耦合的弱磁传感器及磁场测量方法，涉及磁场特性的测量装置技术领域。所述传感器包括基座、磁致伸缩体、双面法拉第反射镜、光纤准直探头、单模光纤以及迈克尔逊干涉装置。磁致伸缩体一端与基座机械固定连接，另一端与双面法拉第反射镜粘贴在一起；光纤准直探头通过单模光纤与迈克尔逊干涉装置连接，光纤准直器探头、双面法拉第反射镜中心在一条轴线上。本发明利用磁致伸缩体去感测外界磁场，带动反射镜线性位移，通过迈克尔逊光学干涉仪实现位移-相位的光电转换和检测，进而获取磁场大小。该传感器避免了传统磁电传感器的复杂设计，有效减小温度的影响，灵敏度高，重复性好，可实现复杂磁电环境下的高精度弱磁场探测。
【IPC分类】G01R33/032
【公开号】CN105487024
【申请号】CN201610090226
【发明人】罗志会, 刘亚, 陈思, 谭超, 潘礼庆, 杨先卫, 陈小刚, 肖焱山, 何慧灵, 曾曙光, 王习东
【申请人】三峡大学
【公开日】2016年4月13日
【申请日】2016年2月18日