引用本文:
侯元萌,葛海波,张杰. 基于MF与带状双芯光纤磁场测量研究[J]. 光通信技术,2020,44(3):27-30.
侯元萌,葛海波*,张 杰
(西安邮电大学 电子工程学院,西安 710061)
【下载PDF全文】 【下载Word】摘要:为降低温度对基于磁流体(MF)和长周期光纤光栅(LPFG)磁场测量系统中测量结果造成的误差,提出一种基于MF和带状双芯光纤的磁场测量校正方案。在带状双芯光纤内集成包层热光系数不同的LPFG,利用其温度灵敏度之间的差异实现对磁场测量结果的校正。通过理论分析与系统仿真,论证了MF与LPFG的温度特性,揭示了一定温度变化范围内MF折射率与LPFG谐振波长之间的关系,与未进行温度补偿的系统相比,所提传感方案的磁场强度精度至少提高79.1%。
关键词:长周期光纤光栅;磁流体;有效热光系数;温度补偿
中图分类号:TN914 文献标志码:A 文章编号:1002-5561(2020)03-0027-04
DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2020.03.007
0 引言
近年来,磁场测量技术的研究得到了长足发展。常见的测量方法是基于法拉第效应和磁致伸缩材料,但因自身缺陷已不再适应当前磁场高精度的测量需求。磁流体(MF)具有磁致折射率可调的特性,作为传感元件已广泛地应用于光纤磁场传感器[1]中。2015年,蔺际超提出了基于MF包覆减小包层直径的布喇格光纤光栅(FBG)的磁场传感器[2];2016年,张良提出了基于MF与级联FBG的包层腐蚀细芯光纤模式干涉仪的高灵敏度磁场传感器[3];2018年,王计刚提出了基于MF材料与长周期光栅和FBG串联复合结构的磁场传感监测系统[4];2019年,梁星等人提出了利用MF替代FBG的SiO2包层来制作MF封装薄包层FBG结构的磁场传感器[5]。以上改进方案都采用MF包覆光纤光栅,由磁场强度变化经MF作用于光纤光栅来实现磁场传感。尽管上述方案对磁场测量灵敏度有一定提高,但均未考虑温度交叉敏感造成的干扰问题。虽然文献[6]研究了温度波动对测量结果的影响,但对如何降低温度对测量结果造成的误差研究还不够深入。
本文将2种不同的包层热光系数的长周期光纤光栅(LPFG)引入系统,利用不同包层热光系数的LPFG对折射率灵敏度相同而对温度灵敏度不同的特性,来实现对测量结果的校正。
2 结束语
本文针对基于MF和LPFG的磁场传感方案中对温度考虑不足的问题,设计了一种能够达到磁场校正,且实现温度、磁场强度双参量测量的系统方案,分析并论证了温度对MF折射率以及温度对LPFG谐振波长造成的影响。由于外界磁场强度变化对2个LPFG谐振波长偏移差值造成的影响可忽略不计,谐振波长偏差量只与温度变化有关,故采用测量LPFG_0和LPFG_1的谐振波长之间的偏移差值来校正磁场测量结果。仿真数据表明:改进后的传感系统不仅有效地提高了磁场测量精度,还解决了测量系统的温度交叉敏感问题,且经过温度补偿后所测得的磁场强度比温度补偿前相对误差至少降低了79.1%。