一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測量磁場的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光纖光柵技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于 測量磁場的方法
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，測量的目的是為了獲得研究對象的有關(guān)信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后再去 控制對象，完成運一功能性操作即為傳感技術(shù)。光纖傳感器的基本工作原理是將來自光源 的光經(jīng)過光纖送入調(diào)制器，使待測參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì) (如光的強(qiáng)度、波長、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號光，在經(jīng)過光纖送 入光探測器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測參數(shù)。近年來，傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和 智能化的方向發(fā)展。在運一過程中，光纖傳感器運個傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具 有很多優(yōu)異的性能，例如:抗電磁干擾和原子福射的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能； 絕緣、無感應(yīng)的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方 (如高溫區(qū)），或者對人有害的地區(qū)（如核福射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的 生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。隨著密集波分復(fù)用DWDM技術(shù)、滲巧光纖放 大器抓FA技術(shù)和光時分復(fù)用0TDR技術(shù)的發(fā)展和成熟，光纖通信技術(shù)正向著超高速、大容量 通信系統(tǒng)的方向發(fā)展，并且逐步向全光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。在光通信迅猛發(fā)展的帶動下，光纖傳感器 作為對材料的應(yīng)變測量，W及磁場、溫度場合、溶液折射率的測量方面起到了重要的作用。
[0003] 然而傳統(tǒng)的光纖傳感器僅僅圍繞光源W及光纖自身材料的改變來提高傳感器的 精確度，其受到了很大限制。
[0004] 因此，需要一種能有效地在光纖中禪合超聲波的方法引起光柵變形測量磁場的方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測量磁場的方法， 在一個方面，所述測量磁場的方法包括如下步驟：
[0006] a)搭接光纖傳感器磁場測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括累浦源、第一光纖、一支波分復(fù)用 器、一段帶有連續(xù)均勻光柵的光纖、超聲波發(fā)生器和解調(diào)儀，所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光 纖一端為球狀末端，所述超聲波發(fā)生器設(shè)有發(fā)射探頭，所述發(fā)射探頭與所述球狀末端固定， 所述解調(diào)儀與所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖另一端連接;所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光纖 具有多段光柵，每段光柵柵格均勻分布，所述光柵之間間隔相同；
[0007] b)將所述光纖傳感器磁場測量系統(tǒng)置于待測磁場中，記錄所述解調(diào)儀采集到的離 峰偏離主峰的間距；
[000引C)將步驟b)中所述的離峰偏離主峰的間距與離峰偏離主峰的間距隨磁場強(qiáng)度變 化的關(guān)系曲線比對，得到磁場強(qiáng)度的大小。
[0009] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，所述步驟C)中離峰偏離主峰的間距隨磁場 強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線通過標(biāo)定得到，所述標(biāo)定包括w下步驟：
[0010] (1)將所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖與可控磁伸縮材料貼合；
[0011] (2)所述累浦源發(fā)射光波進(jìn)入所述第一光纖，所述超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波進(jìn)入 所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖；
[001^ (3)記錄解調(diào)儀時刻t采集到的離峰偏離主峰的間距；
[0013] (4)逐漸增加磁場強(qiáng)度的大小，重復(fù)所述步驟(2)至步驟(3)的過程，記錄解調(diào)儀與 所述步驟(3)中相同的時刻t采集到的不同磁場強(qiáng)度引起的離峰偏離主峰的間距；
[0014] (5)擬合離峰偏離主峰的間距隨磁場強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線。
[0015] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，所述球狀末端是光纖末端燒結(jié)而成的小球， 所述小球與所述超聲探頭之間通過硅膠固定。
[0016] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，所述小球與所述超聲探頭之間涂有導(dǎo)聲糊， 所述導(dǎo)聲糊為光聲匹配材料，用于禪合聲波進(jìn)入光纖。
[0017] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，步驟(2)中所述的超聲波W縱波形式傳播， 所述超聲波的波長大于所述光柵的柵格長度。
[0018] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，所述超聲波波長為lcm-2cm。
[0019] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，所述步驟(4)中增加磁場的大小使磁伸縮材 料拉伸、彎曲、振動或擠壓。
[0020] 在一個方面，所述的測量磁場的方法，所述的離峰偏離主峰的間距隨磁場變化的 關(guān)系曲線通過線性擬合或者最小二乘法進(jìn)行擬合。
[0021] 在另一個方面，本發(fā)明提供了所述測量磁場方法的光纖傳感器測量系統(tǒng)，所述測 量系統(tǒng)包括累浦源、第一光纖、一支波分復(fù)用器、一段帶有連續(xù)均勻光柵的光纖、超聲波發(fā) 生器和解調(diào)儀；
[0022] 所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光纖一端為球狀末端；
[0023] 所述超聲波發(fā)生器設(shè)有超射探頭，所述發(fā)射探頭與所述球狀末端固定，所述解調(diào) 儀與所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖另一端連接，所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光纖具有多段 光柵，每段光柵柵格均勻分布，所述光柵之間間隔相同。
[0024] 本發(fā)明提供的一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測量磁場的方法，通過將超 聲波薄禪合到光柵光纖中，引起光柵柵格變形，從而在光波主峰兩側(cè)形成離峰，本發(fā)明對離 峰監(jiān)測并進(jìn)行磁場測量，使磁場測量的精確度更加準(zhǔn)確。
[0025] 應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說明和解釋，并不應(yīng)當(dāng) 用作對本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。
【附圖說明】
[0026] 參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點將通過本發(fā)明實施方式的如下 描述得W闡明，其中：
[0027] 圖1示意性示出本發(fā)明一個實施例測量磁場的光纖傳感器測量系統(tǒng)；
[0028] 圖2示出了本發(fā)明帶有連續(xù)均勻光柵光纖的示意圖；
[0029] 圖3示出了本發(fā)明光纖禪合超聲波前柵格的示意圖；
[0030] 圖4示出了本發(fā)明光纖禪合超聲波前脈沖的反射譜；
[0031 ]圖5示出了本發(fā)明光纖禪合超聲波后柵格的示意圖；
[0032] 圖6示出了本發(fā)明光纖在超聲脈沖作用下出現(xiàn)的離峰；
[0033] 圖7示出了本發(fā)明在不同磁場時離峰偏離主峰的示意圖；
[0034] 圖8示出了本發(fā)明離峰偏離主峰間距隨磁場變化的曲線；
[0035] 圖9示出了本發(fā)明另一個實施例測量磁場的光纖傳感器測量系統(tǒng)。
【具體實施方式】
[0036] 通過參考示范性實施例，本發(fā)明的目的和功能W及用于實現(xiàn)運些目的和功能的方 法將得W闡明。然而，本發(fā)明并不受限于W下所公開的示范性實施例;可W通過不同形式來 對其加 W實現(xiàn)。說明書的實質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。
[0037] 在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同 或類似的部件，或者相同或類似的步驟。
[0038] 實施例一.
[0039] 本發(fā)明提供了一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測量磁場的方法，本實施例 中，如圖1所示本實施例中測量磁場的光纖傳感器測量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括累浦源101、第一 光纖102、一支波分復(fù)用器103、一段帶有連續(xù)均勻光柵108的光纖106、超聲波發(fā)生器105和 解調(diào)儀104;帶有連續(xù)均勻光柵的光纖一端為球狀末端;球狀末端是光纖端部通過燒結(jié)而成 的小球107;超聲波發(fā)生器設(shè)有超聲探頭，所述發(fā)超聲探頭與所述光纖末端的小球107通過 硅膠固定。在超聲探頭與小球107之間涂有導(dǎo)聲糊，導(dǎo)聲糊作為聲匹配材料使聲波能夠禪合 至光纖中。解調(diào)儀104與所述帶有連續(xù)均勻光柵108的光纖106另一端連接，用于采集光纖的 反射波譜。
[0040] 下面具體描述超聲波誘發(fā)光柵變形的原理：
[0041] 如圖2所示本發(fā)明帶有連續(xù)均勻光柵光纖的示意圖，帶有連續(xù)均勻光柵的光纖由 多段相同參數(shù)的光纖光柵108串聯(lián)組成或直接分布連續(xù)均勻光柵，本實施例中優(yōu)選采用分 布連續(xù)均勻光柵的方式制成的光柵光纖具有多段光柵，每段光柵柵格均勻分布，光柵與光 柵之間的間距相同。
[0042] 當(dāng)累浦源101發(fā)射的光通過本發(fā)明實施例中分布連續(xù)均勻光柵光纖的柵格時，光 纖的柵格108a不會發(fā)生機(jī)械變形，如圖3所示本發(fā)明光纖禪合超聲波前柵格的示意圖。光波 完全通過光柵光纖，經(jīng)解調(diào)儀104采集光柵光纖的反射波譜，反射波譜出現(xiàn)一個主峰，如圖4 所示本發(fā)明光纖禪合超聲波前脈沖的反射譜。
[0043] 當(dāng)超聲波發(fā)生器105發(fā)射出的超聲波經(jīng)超聲探頭與光纖末端燒結(jié)小球107之間導(dǎo) 聲糊將超聲波禪合至光纖中，同時，累浦源101發(fā)射出的光進(jìn)入第一光纖102后通過波分復(fù) 用器103將光波禪合至帶有連續(xù)均勻光柵的光纖中。超聲波W縱波的形式在光纖中向前傳 播，當(dāng)超聲波傳播至第η段光柵前，會誘發(fā)光纖的柵格108b發(fā)生機(jī)械變形，當(dāng)超聲波離開第η 段光柵后，機(jī)械變形恢復(fù)，如圖5所示本發(fā)明光纖禪合超聲波后柵格的示意圖。本發(fā)明中，發(fā) 射超聲波的波長大于光柵光纖的柵格長度，當(dāng)超聲波完全穿過第η段光柵的時刻由解調(diào)儀 104采集到的反射波譜會在主峰的兩端出現(xiàn)兩個離峰，如圖6所示的本發(fā)明光纖在超聲脈沖 作用下出現(xiàn)的離峰。
[0044] 下面具體描述本實施例中通過離峰測量磁場的方法：
[0045] 搭接光纖傳感器磁場測量系統(tǒng)：
[0046] 搭建測量磁場的光纖傳感器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括累浦源101、第一光纖102、一支波 分復(fù)用器103、一段帶有連續(xù)均勻光柵的光纖106、超聲波發(fā)生器105和解調(diào)儀104;帶有連續(xù) 均勻光柵的光纖一端為球狀末端;球狀末端是光纖端部通過燒結(jié)而成的小球107;超聲波發(fā) 生器設(shè)有超聲探頭，所述發(fā)超聲探頭與所述光纖末端的小球107通過硅膠固定。在超聲探頭 與小球之間涂有導(dǎo)聲糊，導(dǎo)聲糊作為聲匹配材料使聲波能夠禪合至光纖中。解調(diào)儀104與所 述帶有連續(xù)均勻