基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器，包括原邊線圈，原邊線圈通過電壓放大電路與副邊線圈相連，電壓放大電路用于將原邊線圈產生的感應電壓放大，副邊線圈的中心處放置有形狀參數(shù)已知的磁致伸縮材料塊，磁致伸縮材料塊上放置有光纖光柵。原邊線圈、電壓放大電路、副邊線圈主要實現(xiàn)外界電磁場幅值的放大，便于傳感器實現(xiàn)外界弱磁場的檢測。本實用新型適用于潮濕、電磁干擾強環(huán)境下的弱電磁的測量。
【專利說明】基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器。

【背景技術】
[0002] 光纖光柵傳感器具有尺寸小，重量輕，抗電磁干擾，復用性好等其它類型傳感器不 具備的優(yōu)點，近年來發(fā)展迅速，各種光纖光柵傳感產品得到開發(fā)并廣泛應用。然而，光纖光 柵本身的抗電磁輻射干擾特性大大限制了其在磁場，特別是在弱磁場測量方面的發(fā)展。中 國專利CN1031634 93A通過測量光纖布拉格光柵的邊模抑制比的變化量與外界磁場的變化 量之間的對應關系實現(xiàn)外界磁場的測量。但該發(fā)明涉及磁流體毛細管的灌入，操作較難控 制及光纖光柵邊模抑制比解調時易受本底光噪聲的干擾，因此該發(fā)明在弱磁場測量方面存 在著一定的約束性。 實用新型內容
[0003] 為解決現(xiàn)有技術存在的不足，本實用新型公開了基于磁致伸縮材料的弱磁場單向 光纖光柵傳感器，本發(fā)明首先通過電壓放大電路、原邊線圈、副邊線圈實現(xiàn)外界弱磁場的同 頻幅值放大；再通過磁致伸縮材料實現(xiàn)外界電磁場與光纖光柵波長之間對應關系的轉換； 最終通過將光纖光柵波長的反演實現(xiàn)外界弱磁場的測量。此發(fā)明適用于潮濕、電磁千擾強 環(huán)境，實現(xiàn)弱磁場的測量。
[0004] 為實現(xiàn)上述目的，本實用新型的具體方案如下：
[0005] 基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器，包括原邊線圈，原邊線圈通過 電壓放大電路與副邊線圈相連，電壓放大電路用于將原邊線圈產生的感應電壓放大，副邊 線圈的中心處放置有磁致伸縮材料塊，磁致伸縮材料塊上放置有光纖光柵。
[0006] 所述光纖光柵為敏感元件光纖光柵。
[0007] 所述光纖光柵包括光纖光柵本體及與光纖光柵本體相連的尾纖。
[0008] 所述電壓放大電路、副邊線圈、磁致伸縮材料塊及光纖光柵本體均放置在電磁屏 蔽箱內。
[0009] 所述形狀參數(shù)已知的磁致伸縮材料塊，材料塊為長方體形狀且其磁致伸縮系數(shù)已 知。
[0010]工作原理：電壓放大電路實現(xiàn)原邊線圈因受外界磁場影響所產生的感應電壓的放 大。放大之后的電壓作用于副邊線圈從而實現(xiàn)外界弱磁場的同頻幅值放大。因該發(fā)明的被 測對象為弱磁場，因此電磁屏蔽箱主要用于保護副邊線圈、電壓放大電路、磁致伸縮材料塊 不受外界電磁輻射的千擾，提高該發(fā)明的檢測精度。基于磁致伸縮材料本身隨外界電磁場 變化材料本身會產生一定形變的性質建立磁場與光纖光柵中心波長的對應關系。通過分析 光纖光柵中心波長，反演計算得外界弱磁場的幅值及頻率信息。
[0011] 由線圈有效磁通量的定義，磁通量=B *S ?cosa，其中α為外界磁場方向與線圈 軸線之間的夾角。當外界磁場與原邊線圈軸向方向垂直時通過原邊線圈的磁通量最大，進 而實現(xiàn)外界被測磁場方向的選擇。
[0012] 電壓放大電路主要用來放大原邊線圈因受外界磁場影響所產生的感應電壓。通過 電壓放大電路放大后的原邊線圈感應電壓作用于副邊線圈產生與外界磁場同頻但幅值更 大的電磁場即原邊線圈、電壓放大電路、副邊線圈主要實現(xiàn)外界電磁場幅值的放大，便于傳 感器實現(xiàn)外界弱磁場的檢測。
[0013] 電磁屏蔽箱主要用于保護電壓放大電路、副邊線圈、磁致伸縮材料塊不受外界電 磁輻射的影響。磁致伸縮材料塊主要用于產生因副邊線圈磁場變化所引起對應的應變值。
[0014] 本實用新型的有益效果：
[0015] 該傳感器主要基于磁場感應定律通過電壓放大電路放大原邊線圈感受外界的電 磁場所產生的電壓。放大后的原邊電壓在副邊線圈產生與被測磁場同頻的強磁場信號，進 而通過光纖光柵獲取因磁致伸縮材料本身的特性獲取因其所在環(huán)境磁場變化所引起的材 料的應變，從而建立外界弱磁場與光纖光柵波長之間的變化，最終通過反演獲得外界弱磁 場的信息。本發(fā)明適用于潮濕、電磁千擾強環(huán)境下的弱電磁的測量。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 圖1為基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器的模塊示意圖；
[0017] 圖中：1-原邊線圈，2-電壓放大電路，3-副邊線圈，4-電磁屏蔽箱，5-磁致伸縮材 料塊，6-光纖光柵，7-尾纖。

【具體實施方式】：
[0018]下面結合附圖對本實用新型進行詳細說明：
[0019]如圖1所示，一種新型的基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器主要包 括原邊線圈1、副邊線圈3、電壓放大電路2、電磁屏蔽箱4、磁致伸縮材料塊5及敏感元件光 纖光柵6。
[0020]基于磁致伸縮材料本身的維拉利效應，敏感元件光纖光柵6主要用于建立光柵波 長λ b與磁致伸縮材料應變ε磁之間的對應的關系。反演這種對應關系，該傳感器實現(xiàn)外界 弱磁場的測量。

【權利要求】
1. 基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器，其特征是，包括原邊線圈，原邊 線圈通過電壓放大電路與副邊線圈相連，電壓放大電路用于將原邊線圈產生的感應電壓放 大，副邊線圈的中心處放置有磁致伸縮材料塊，磁致伸縮材料塊上放置有光纖光柵。
2. 如權利要求1所述的基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器，其特征是， 所述光纖光柵為敏感兀件光纖光柵。
3. 如權利要求2所述的基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器，其特征是， 所述光纖光柵包括光纖光柵本體及與光纖光柵本體相連的尾纖。
4. 如權利要求3所述的基于磁致伸縮材料的弱磁場單向光纖光柵傳感器，其特征是， 所述電壓放大電路、副邊線圈、磁致伸縮材料塊及光纖光柵本體均放置在電磁屏蔽箱內。
【文檔編號】G01R33/032GK204086507SQ201420519597
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月10日 優(yōu)先權日:2014年9月10日
【發(fā)明者】林藍波, 王鑫, 高靜, 戚威, 趙麗瑾, 王洪建, 趙靜, 王恬 申請人:山東省產品質量檢驗研究院