光纤光栅传感器中磁场测量稳定性研究.pdf

传感器与微系统( Transducer and Microsystem Technologies)
2014年第3卷第3期
光纤光栅传感醫中磁场測量稳定性硏究
王东升',葛海波2,杜琴
(1.西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710061
2.西安邮电大学电子工程学院,陕西西安710061)
摘要:为了减小光纤光栅磁场传感器中线性双折射和人射起偏角对系统稳定性的影响,提高测量系统
的准确性,提出一种减小线性双折射和起偏角大小对系统输出影响的设计方案。研究了基于法拉第效
的光纤光栅磁场传感器系统,得出系统输出电与磁场的关系式,并通过降低线性双折射和确定入射起偏
角改善了系统的输出特性。仿真表明:该方法可以有效制渦量过程中线性双折射造成的非线性关系,从
而提高磁场测量的稳定性。
关键词:光纤光栅;磁场;线性双折射;人射起偏角;法拉第效应;磁场传樾器
中图分类号:TP929.1文献标识码:A文章编号:1000-9787(2014)03-006204
Study on stability of magnetic-field measurement
of fiber grating sensor
WANG Dong-sheng GE Hai-bo, DU Qin
(I School ot Telecommunication and Information Engineering, Xi an University of
Posts and Telecommunication, Xi an 710061, China; 2. School of Electronic Engine
Xi'an University of Posts and Telecommunieation, Xi an 710061,China
Abstract: In order to reduce effect of linear birefringence and the incident polarizing angle on stability of ystem
etic-field
ng
effect of linear birefringence and incident polarizing angle on output of system is proposed. Iiber grating magetic
stem based on Faraday cfs
Adied, and relation between output volt
etic field is
detived, improve output characteristies of system by reducing linear birefringence and confirming incident
polarizing angle. Simulation results show that the method can suppress the nonlinear relationship caused by the
linear birefringence thereby improve the stability of magnetic-field measurement
Key
etic-field
incident polarizing angle; Faraday ef
引言
是在外加磁场作用下,光纤光册中的左旋和右旋圆偏振光
现代电磁环境是各种电磁能量共同作用的复合环境
的Brag反射波长发生漂移,只需測出此漂移量即可直接
既有自然电磁干扰源,如,雷电、静电等,又有强烈的人为干确定磁场的大小。但是由于石英材料的费尔德( Verdet)常
扰源,如,雷达、无线电通信、导航、计算机以及与之对抗的量很小,磁场导致的反射谱分裂很小,目前最普遍的光普分
电子战设备、新概念电磁武器等)。在磁场测量中,最常析仪的精度约50nm,检测超来较难。理想情霃下,法拉
见的方法是在光栅外层涂上磁致仲缩材料,通过测量反射第旋转角与磁场强度存在线性关系,通过测量法拉第旋转
波长的变化直接对磁场进行测量?。工蔡蒙等人?分析角即可测得磁场大小。測量法拉第旋转角的方法对温度、
了和铽2种强磁体条件下的磁致伸缩量,外磁场、Bgg压力等因素不敏感,抗干扰性较强,但这种方法依然存在缺
波长位移量和中心波长4个参量之间的相互关系,但磁致点?。在现实测量过程巾,为了提高光纤光栅传感器的精
伸缩作为机械效应,其髙频响应必然较差。1994年, Kersey度,有时需要将光纤光栅缠绕在被測物体上,俱由于光纤
AD等人提出∫一种直接測量场的方法,其基本原埋光糖的弯曲会引入大量的线性双折射,并且,光纤光標在
收稿日期:201308-26
*基金项目:陕西省自然科学基金资助项?(2011JM8088)