光栅的光纤106另一端连接，用于采集光纤的反射波谱。
[0047] 对光纤传感器磁场测量系统进行磁场标定：
[004引将带有连续均匀光栅的光纤106与可控磁伸缩材料109贴合，选取环氧树脂化poxy Resin)或丙締酸醋作为胶粘剂，W黏贴的方式将光栅光纤的栅格区固定在材料表面，将材 料置于磁场环境中。累浦源101发射光波进入第一光纤102,超声波发生器105发射超声波经 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进入带有连续均匀光栅的光纤 106，超声波在光栅光纤中W纵波的形式向前传播，超声波的波长大于光栅光纤的栅格长 度，优选地，本实施例中，超声波发生器105发射的超声波波长为lcm-2cm。第一光纤102中的 光波通过波分复用器103禪合至带有连续均匀光栅的光纤106。记录解调仪t时刻采集到的 离峰偏离主峰的间距。
[0049] 通过磁场控制器改变磁场110的磁场强度值出，从而引起磁伸缩材料109变化，记 录解调仪相同时刻t采集到的磁场引起的离峰偏离主峰的间距S1，磁伸缩材料109的改变方 式可W通过磁场110的强度变化对材料进行拉伸、压缩或弯曲，本实施例中优选拉伸的方 式。重复上述过程，记录不同磁场此、曲、…Hn对应的解调仪在相同时刻t采集到的离峰偏离 主峰的间距S2、、S3…Sn，如图7所示本发明在不同磁场时离峰偏离主峰的示意图。拟合离峰 偏离主峰的间距随磁场变化的关系曲线，曲线拟合可采用最小二乘法线性拟合，如公式1所 /J、- 〇
[0050] y = ax+b (1)
[0051] 曲线拟合也可采用最小二乘拟合，由下述等式(2)和(3)可推出拟合曲线。
[0化2]
[0化3]
[0054]解方程组，求出ao和ai，就可构造出满足平方逼近条件的逼近函数。
[0化5] f (x) =ao+aix (4)
[0056] 如图8所示本发明实施例拟合得到的离峰偏离主峰间距随磁场变化的曲线。
[0057] 对待测磁场进行测量：
[0058] 将光纤传感器磁场测量系统与磁伸缩材料贴合，置于待测磁场中，记录时刻t采集 到的离峰偏离主峰的间距S，将离峰偏离主峰的间距S与标定的光纤传感器磁场测量系统离 峰偏离主峰的间距随磁场强度变化的关系曲线比对，得到材料应变大小。
[0059] 实施例二：
[0060] 本实施例与实施例一相比，对非均匀磁场进行磁场强度的测量。
[0061 ]搭接光纤传感器磁场测量系统：
[0062] 如图9所示实施例中测量磁场的光纤传感器测量系统，搭建测量磁场的光纤传感 器系统，所述系统包括累浦源201、第一光纤202、一支波分复用器203、一段带有连续均匀光 栅的光纤206、超声波发生器205和解调仪204;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207;;带有连续均匀光栅的光纤由多段相同参数 的光纤光栅208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。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207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204与所述带有连续均匀光栅的光纤206另一端连接，用于采集光纤的反射波谱。
[0063] 对光纤传感器磁场测量系统进行磁场标定：
[0064] 将带有连续均匀光栅的光纤206与可控磁伸缩材料209贴合，选取环氧树脂化poxy Resin)或丙締酸醋作为胶粘剂，W黏贴的方式将光栅光纤的栅格区固定在材料表面，将材 料置于磁场环境中。累浦源201发射光波进入第一光纤202,超声波发生器205发射超声波经 超声探头与光纤末端烧结小球207之间导声糊将超声波禪合进入带有连续均匀光栅的光纤 206,超声波在光栅光纤中W纵波的形式向前传播，超声波的波长大于光栅光纤的栅格长 度，优选地，本实施例中，超声波发生器205发射的超声波波长为1 cm-2cm。第一光纤202中的 光波通过波分复用器203禪合至带有连续均匀光栅的光纤206。记录解调仪t时刻采集到的 离峰偏离主峰的间距。
[0065] 通过磁场控制器210改变磁场的磁场强度值出，从而引起磁伸缩材料209变化，记 录解调仪相同时刻t采集到的磁场引起的离峰偏离主峰的间距S1，磁伸缩材料209的改变方 式可W通过磁场的强度变化对材料进行拉伸、压缩或弯曲，本实施例中优选拉伸的方式。重 复上述过程，记录不同磁场出、出、…也对应的解调仪在相同时刻t采集到的离峰偏离主峰的 间距S2、、S3…Sn，完成对光纤传感器磁场测量系统的标定，如图7所示本发明在不同磁场时 离峰偏离主峰的示意图。拟合离峰偏离主峰的间距随磁场变化的关系曲线，曲线拟合可采 用最小二乘法线性拟合，如公式1所示。
[0066] y = ax+b (1)
[0067] 曲线拟合也可采用最小二乘拟合，由下述等式(2)和(3)可推出拟合曲线。
[0070] 解方程组，求出ao和ai，就可构造出满足平方逼近条件的逼近函数。
[0071] f (x) =ao+aix (4)
[0072] 如图8所示本发明实施例拟合得到的离峰偏离主峰间距随磁场变化的曲线。
[0073] 对待测磁场进行测量：
[0074] 将光纤传感器磁场测量系统与磁伸缩材料贴合，置于待测磁场中，记录时刻t采集 到的离峰偏离主峰的间距S，将离峰偏离主峰的间距S与标定的光纤传感器磁场测量系统离 峰偏离主峰的间距随磁场强度变化的关系曲线比对，得到材料应变大小。
[0075]结合运里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员 都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均 由权利要求所限定。
【主权项】
1. 一种基于超声脉冲诱发光栅变形的用于测量磁场的方法，其特征在于，所述测量磁 场的方法包括如下步骤： a) 搭接光纤传感器磁场测量系统，所述系统包括栗浦源、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； 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； 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。2. 根据权利要求1所述的测量磁场的方法，其特征在于，所述步骤c)中的离峰偏离主峰 的间距随磁场强度变化的关系曲线通过标定得到，所述标定包括以下步骤： (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； (2) 所述栗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； (3) 记录解调仪时刻t采集到的离峰偏离主峰的间距； (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； (5) 拟合离峰偏离主峰的间距随磁场强度变化的关系曲线。3. 根据权利要求1所述的测量磁场的方法，其特正在于，所述球状末端是光纤末端烧结 而成的小球，所述小球与所述发射探头之间通过硅胶固定。4. 根据权利要求3所述的测量磁场的方法，其特征在于，所述小球与所述发射探头之间 涂有导声糊，所述导声糊为光声匹配材料，用于耦合声波进入光纤。5. 根据权利要求2所述的测量磁场的方法，其特征在于，步骤(2)中所述的超声波以纵 波形式传播，所述超声波的波长大于所述光栅的栅格长度。6. 根据权利要求2或5所述的测量磁场的方法，其特征在于，所述超声波波长为lcm-2cm〇7. 根据权利要求2所述的测量磁场的方法，其特征在于，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。8. 根据权利要求2所述的测量磁场的方法，其特征在于，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。9. 一种权利要求1所述测量磁场方法的光纤传感器测量系统，其特征在于，所述测量系 统包括栗浦源、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。
【专利摘要】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，所述测量磁场的方法包括如下步骤：a)搭接光纤传感器磁场测量系统，所述系统包括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；b)将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；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。
【IPC分类】G01R33/02
【公开号】CN105629185
【申请号】CN201610217021
【发明人】祝连庆, 刘锋, 董明利, 辛璟焘, 娄小平, 庄炜, 何巍
【申请人】北京信息科技大学
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年4月8日