一种基于超声脉冲诱发光栅变形的用于测量磁场的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤光栅技术领域，特别设及一种基于超声脉冲诱发光栅变形的用于 测量磁场的方法
【背景技术】
[0002] 通常，测量的目的是为了获得研究对象的有关信息，并进行相应的处理，然后再去 控制对象，完成运一功能性操作即为传感技术。光纤传感器的基本工作原理是将来自光源 的光经过光纤送入调制器，使待测参数与进入调制区的光相互作用后，导致光的光学性质 (如光的强度、波长、频率、相位、偏正态等)发生变化，称为被调制的信号光，在经过光纤送 入光探测器，经解调后，获得被测参数。近年来，传感器在朝着灵敏、精确、适应性强、小巧和 智能化的方向发展。在运一过程中，光纤传感器运个传感器家族的新成员倍受青睐。光纤具 有很多优异的性能，例如:抗电磁干扰和原子福射的性能，径细、质软、重量轻的机械性能； 绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高溫、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方 (如高溫区），或者对人有害的地区（如核福射区），起到人的耳目的作用，而且还能超越人的 生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。随着密集波分复用DWDM技术、渗巧光纤放 大器抓FA技术和光时分复用0TDR技术的发展和成熟，光纤通信技术正向着超高速、大容量 通信系统的方向发展，并且逐步向全光网络演进。在光通信迅猛发展的带动下，光纤传感器 作为对材料的应变测量，W及磁场、溫度场合、溶液折射率的测量方面起到了重要的作用。
[0003] 然而传统的光纤传感器仅仅围绕光源W及光纤自身材料的改变来提高传感器的 精确度，其受到了很大限制。
[0004] 因此，需要一种能有效地在光纤中禪合超声波的方法引起光栅变形测量磁场的方 法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于超声脉冲诱发光栅变形的用于测量磁场的方法， 在一个方面，所述测量磁场的方法包括如下步骤：
[0006] a)搭接光纤传感器磁场测量系统，所述系统包括累浦源、第一光纤、一支波分复用 器、一段带有连续均匀光栅的光纤、超声波发生器和解调仪，所述的带有连续均匀光栅的光 纤一端为球状末端，所述超声波发生器设有发射探头，所述发射探头与所述球状末端固定， 所述解调仪与所述带有连续均匀光栅的光纤另一端连接;所述的带有连续均匀光栅的光纤 具有多段光栅，每段光栅栅格均匀分布，所述光栅之间间隔相同；
[0007] b)将所述光纤传感器磁场测量系统置于待测磁场中，记录所述解调仪采集到的离 峰偏离主峰的间距；
[000引C)将步骤b)中所述的离峰偏离主峰的间距与离峰偏离主峰的间距随磁场强度变 化的关系曲线比对，得到磁场强度的大小。
[0009] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，所述步骤C)中离峰偏离主峰的间距随磁场 强度变化的关系曲线通过标定得到，所述标定包括w下步骤：
[0010] (1)将所述带有连续均匀光栅的光纤与可控磁伸缩材料贴合；
[0011] (2)所述累浦源发射光波进入所述第一光纤，所述超声波发生器发射超声波进入 所述带有连续均匀光栅的光纤；
[001^ (3)记录解调仪时刻t采集到的离峰偏离主峰的间距；
[0013] (4)逐渐增加磁场强度的大小，重复所述步骤(2)至步骤(3)的过程，记录解调仪与 所述步骤(3)中相同的时刻t采集到的不同磁场强度引起的离峰偏离主峰的间距；
[0014] (5)拟合离峰偏离主峰的间距随磁场强度变化的关系曲线。
[0015] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，所述球状末端是光纤末端烧结而成的小球， 所述小球与所述超声探头之间通过硅胶固定。
[0016] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，所述小球与所述超声探头之间涂有导声糊， 所述导声糊为光声匹配材料，用于禪合声波进入光纤。
[0017] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，步骤(2)中所述的超声波W纵波形式传播， 所述超声波的波长大于所述光栅的栅格长度。
[0018] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，所述超声波波长为lcm-2cm。
[0019] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，所述步骤(4)中增加磁场的大小使磁伸缩材 料拉伸、弯曲、振动或挤压。
[0020] 在一个方面，所述的测量磁场的方法，所述的离峰偏离主峰的间距随磁场变化的 关系曲线通过线性拟合或者最小二乘法进行拟合。
[0021] 在另一个方面，本发明提供了所述测量磁场方法的光纤传感器测量系统，所述测 量系统包括累浦源、第一光纤、一支波分复用器、一段带有连续均匀光栅的光纤、超声波发 生器和解调仪；
[0022] 所述的带有连续均匀光栅的光纤一端为球状末端；
[0023] 所述超声波发生器设有超射探头，所述发射探头与所述球状末端固定，所述解调 仪与所述带有连续均匀光栅的光纤另一端连接，所述的带有连续均匀光栅的光纤具有多段 光栅，每段光栅栅格均匀分布，所述光栅之间间隔相同。
[0024] 本发明提供的一种基于超声脉冲诱发光栅变形的用于测量磁场的方法，通过将超 声波薄禪合到光栅光纤中，引起光栅栅格变形，从而在光波主峰两侧形成离峰，本发明对离 峰监测并进行磁场测量，使磁场测量的精确度更加准确。
[0025] 应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当 用作对本发明所要求保护内容的限制。
【附图说明】
[0026] 参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下 描述得W阐明，其中：
[0027] 图1示意性示出本发明一个实施例测量磁场的光纤传感器测量系统；
[0028] 图2示出了本发明带有连续均匀光栅光纤的示意图；
[0029] 图3示出了本发明光纤禪合超声波前栅格的示意图；
[0030] 图4示出了本发明光纤禪合超声波前脉冲的反射谱；
[0031 ]图5示出了本发明光纤禪合超声波后栅格的示意图；
[0032] 图6示出了本发明光纤在超声脉冲作用下出现的离峰；
[0033] 图7示出了本发明在不同磁场时离峰偏离主峰的示意图；
[0034] 图8示出了本发明离峰偏离主峰间距随磁场变化的曲线；
[0035] 图9示出了本发明另一个实施例测量磁场的光纤传感器测量系统。
【具体实施方式】
[0036] 通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能W及用于实现运些目的和功能的方 法将得W阐明。然而，本发明并不受限于W下所公开的示范性实施例;可W通过不同形式来 对其加 W实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。
[0037] 在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同 或类似的部件，或者相同或类似的步骤。
[0038] 实施例一.
[0039] 本发明提供了一种基于超声脉冲诱发光栅变形的用于测量磁场的方法，本实施例 中，如图1所示本实施例中测量磁场的光纤传感器测量系统，所述系统包括累浦源101、第一 光纤102、一支波分复用器103、一段带有连续均匀光栅108的光纤106、超声波发生器105和 解调仪104;带有连续均匀光栅的光纤一端为球状末端;球状末端是光纤端部通过烧结而成 的小球107;超声波发生器设有超声探头，所述发超声探头与所述光纤末端的小球107通过 硅胶固定。在超声探头与小球107之间涂有导声糊，导声糊作为声匹配材料使声波能够禪合 至光纤中。解调仪104与所述带有连续均匀光栅108的光纤106另一端连接，用于采集光纤的 反射波谱。
[0040] 下面具体描述超声波诱发光栅变形的原理：
[0041] 如图2所示本发明带有连续均匀光栅光纤的示意图，带有连续均匀光栅的光纤由 多段相同参数的光纤光栅108串联组成或直接分布连续均匀光栅，本实施例中优选采用分 布连续均匀光栅的方式制成的光栅光纤具有多段光栅，每段光栅栅格均匀分布，光栅与光 栅之间的间距相同。
[0042] 当累浦源101发射的光通过本发明实施例中分布连续均匀光栅光纤的栅格时，光 纤的栅格108a不会发生机械变形，如图3所示本发明光纤禪合超声波前栅格的示意图。光波 完全通过光栅光纤，经解调仪104采集光栅光纤的反射波谱，反射波谱出现一个主峰，如图4 所示本发明光纤禪合超声波前脉冲的反射谱。
[0043] 当超声波发生器105发射出的超声波经超声探头与光纤末端烧结小球107之间导 声糊将超声波禪合至光纤中，同时，累浦源101发射出的光进入第一光纤102后通过波分复 用器103将光波禪合至带有连续均匀光栅的光纤中。超声波W纵波的形式在光纤中向前传 播，当超声波传播至第η段光栅前，会诱发光纤的栅格108b发生机械变形，当超声波离开第η 段光栅后，机械变形恢复，如图5所示本发明光纤禪合超声波后栅格的示意图。本发明中，发 射超声波的波长大于光栅光纤的栅格长度，当超声波完全穿过第η段光栅的时刻由解调仪 104采集到的反射波谱会在主峰的两端出现两个离峰，如图6所示的本发明光纤在超声脉冲 作用下出现的离峰。
[0044] 下面具体描述本实施例中通过离峰测量磁场的方法：
[0045] 搭接光纤传感器磁场测量系统：
[0046] 搭建测量磁场的光纤传感器系统，所述系统包括累浦源101、第一光纤102、一支波 分复用器103、一段带有连续均匀光栅的光纤106、超声波发生器105和解调仪104;带有连续 均匀光栅的光纤一端为球状末端;球状末端是光纤端部通过烧结而成的小球107;超声波发 生器设有超声探头，所述发超声探头与所述光纤末端的小球107通过硅胶固定。在超声探头 与小球之间涂有导声糊，导声糊作为声匹配材料使声波能够禪合至光纤中。解调仪104与所 述带有连续均匀