引用本文:

侯元萌,葛海波,李彩虹,等:基于MF与双芯的光纤磁场传感系统温度补偿研究[J]. 光通信技术,2019,43(9):31-34.

基于MF与双芯的光纤磁场传感系统温度补偿研究

侯元萌,葛海波*,李彩虹,王金豆

(西安邮电大学 电子工程学院,西安 710061)

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摘要:针对基于磁流体(MF)的光纤磁场传感方案中温度对光纤谐振波长和MF折射率的干扰问题,提出一种具有温度补偿模块的磁场和温度双参量测量方案。利用布喇格光纤光栅(FBG)对温度敏感而对折射率不敏感的特性,在FBG表面涂覆聚四氟乙烯(PTFE)来实现温度补偿。经系统仿真和理论计算,该方案实现了800 Oe范围内磁场的测量,且与未进行温度补偿的系统相比,磁场测量精度提高81%以上。

关键词:磁流体;双芯光纤;磁场传感器;聚四氟乙烯

中图分类号:TN914 文献标志码:文章编号:1002-5561(2019)09-0031-04

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2019.09.007

0 引言
      近年来基于磁致伸缩材料的磁场传感研究发展迅猛,磁流体(MF)与长周期光纤光栅(LPFG)的结合有效提高了磁场测量精度,但MF与LPFG的温度特性也让测量时温度交叉敏感成为急待解决的问题。2011年,邬林等人[1]设计了基于MF与LPFG的磁场传感探头,灵敏度达31 pm/mT,但未考虑温度对MF折射率和LPFG谐振波长造成的影响。2015年,李尧丞等人[2]对MF与LPFG磁场传感器的温度特性进行理论研究与数值模拟,但未对温度造成的具体影响进行分析。2019年,梁星等人[3]用MF封装薄包层布喇格光纤光栅(FBG)设计磁场传感器,利用MF的磁光效应结合FBG反射波长随折射率变化漂移特性进行磁场测量,虽对温度有一定的修正,但未能考虑温度对MF折射率的影响,且FBG本身对折射率敏感度不高。本文通过研究温度对MF折射率和LPFG耦合的谐振偏移量的影响,提出一种具有温度补偿模块的磁场和温度双参量测量方案,以实现高灵敏度磁场测量。

3 结束语
      本文提出了一种具有温度补偿模块的磁场强度和温度双参量测量的实验方案。在非同轴双芯内集成周期不同的LPFG和FBG,采用FBG表面涂覆热膨胀系数高的PTFE来进行温度增敏处理。通过光谱仪观测FBG的波长偏移量来测量温度,对LPFG谐振波长和MF折射率分别进行补偿。结果表明:本方案有效解决了磁场测量中温度交叉敏感的问题,与温度补偿之前的系统相比,相对误差减少至少81%以上,有效提高了磁场测量精确度,且实现800 Oe范围内的磁场强度测量,故本研究对基于磁性物质的磁场测量具有一定的现实意义。