[实用新型]一种光纤矢量声磁复合传感器

说明书

本实用新型公开了一种光纤矢量声磁复合传感器，目的是解决现有传感器不能复合探测矢量声场、磁场的问题。本实用新型由球形安装外壳、三维光纤矢量水听器和三维光纤矢量磁场传感器组成。水听器和传感器封装于球形安装外壳内。传感器由金属立方块、6根圆柱体支柱、6个磁致伸缩圆筒、6个圆筒固定螺丝、6个磁场迈克尔逊干涉仪组成；6个磁场迈克尔逊干涉仪的磁场传感臂光纤和参考臂光纤分别缠绕在传感器6个方向轴上。水听器由空心质量块、6个弹性支柱和3个声场迈克尔逊干涉仪组成，3个声场迈克尔逊干涉仪的6根声场传感臂光纤分别缠绕在水听器6个方向轴上。采用本实用新型可同点复合探测三维矢量声场和磁场，且有无源、非接触式特点。

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传感器，特别涉及一种基于光纤的能对矢量声场、磁场同点复合测量的传感器。

背景技术

随着水下目标隐身技术的发展，基于声场、磁场等单一目标特性的探测手段面临越来越严峻的挑战，水下目标综合物理场联合探测技术应运而生。

光纤传感器以其结构轻巧、成本低、易于大规模成阵、环境适应性强等优点成为行业关注的热点。

目前采用光纤传感技术进行声磁探测主要以声、磁分别测量为主。国防科技大学胡永明等报道了一种光纤矢量水听器(胡永明等，“光纤矢量水听器研究进展”，中国声学学会2006年全国声学学术会议，厦门，2006， pp.129-130)，该矢量水听器采用三个光纤干涉仪作为光纤加速度计进行声场矢量信息测量。哈尔滨工程大学吕文磊设计了一种压差式光纤矢量水听器 (吕文磊.压差式光纤矢量水听器基元和测试技术[D].哈尔滨：哈尔滨工程大学，2009)，该传感器同样只能对声场矢量信息进行测量，不能同时测量磁场矢量信息。中国科学院半导体研究所马瑞等人在《基于超磁致伸缩材料的光纤磁场传感器》(马瑞等，郑州大学学报(工学版)，2019，40(6),pp.6-10) 中设计了一种将光纤光栅法布里-珀罗腔和超磁致伸缩材料耦合作为传感元件，并采用钕铁硼永磁体提供偏置磁场的光纤磁场传感器。该传感器可以测量磁场信息，但无法测量声场信息。陈耀飞等人在专利《一种基于侧抛光纤表面等离子体共振的矢量磁场传感器及其制备与检测方法》(专利申请号：201811600803.5)中设计了一种基于侧抛光纤表面等离子体共振的矢量磁场传感器。该传感器可以对磁场矢量信息进行测量，但无法同时测量声场矢量信息。

目前尚没有基于光纤传感技术的能同时对矢量声场、磁场进行同点复合测量的传感器的公开报导。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是：

提供一种光纤矢量声磁复合传感器，解决现有光纤传感器不能同点复合探测矢量声场、磁场的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型光纤矢量声磁复合传感器由球形安装外壳、三维光纤矢量水听器和三维光纤矢量磁场传感器组成。三维光纤矢量水听器和三维光纤矢量磁场传感器两者一体封装于球形安装外壳内。

三维光纤矢量磁场传感器由1个金属立方块、6根圆柱体支柱、6个磁致伸缩圆筒、6个圆筒固定螺丝、6个磁场迈克尔逊干涉仪组成。6根圆柱体支柱通过螺纹固定在金属立方块的6个面上，6个磁致伸缩圆筒分别同轴套在6根圆柱体支柱外侧，并分别通过圆筒固定螺丝固定在6根圆柱体支柱上 (磁致伸缩圆筒在磁场作用下形变，圆筒固定螺丝在轴向限制磁致伸缩圆筒的形变，使磁致伸缩圆筒只能在径向发生形变)。6个磁致伸缩圆筒分别套在6根圆柱体支柱后构成了三维光纤矢量磁场传感器在笛卡尔坐标系的x+ 轴、x-轴、y+轴、y-轴、z+轴、z-轴,6个磁场迈克尔逊干涉仪分别安装在三维光纤矢量磁场传感器的x+轴、x-轴、y+轴、y-轴、z+轴、z-轴上。

金属立方块由无磁钢材料制成，为立方体形状，边长为d1，5mm≤d1 ≤50mm。金属立方块的6个面的中心各挖有第一内螺孔，第一内螺孔直径为 d2，d2d1,深度为h1,h1d1/2。