[发明专利]一种矢量磁场传感器及矢量磁场检测系统和方法

说明书

本发明公开了一种矢量磁场传感器及矢量磁场检测系统和方法，通过将光纤中间呈环形设置，光纤的环形外部套设有圆柱壳体，光纤的环形截面与圆柱壳体的轴线垂直，圆柱壳体内填充有磁流体，利用磁流体沿着磁场形成链结构，呈现各向异性分布，当磁场方向改变时，磁流体沿着新的磁场方向形成新的链状结构，在不同磁场情况下，磁流体在呈环形结构的光纤结构周围的折射率是不同的，利用宽带光源产生宽波段光，然后利用光谱仪监测在不同磁场大小下干涉光谱的变化，记录在相应磁场大小下的干涉光谱，利用不同方向下气球状光纤结构周围的折射率差，便可以实现磁场方向的测量，结构简单，检测准确度高，能够同时检测磁场的方向和大小，大大提高了检测效率。

技术领域

本发明涉及磁场检测以及光纤传感技术领域，具体涉及一种矢量磁场传感器及矢量磁场检测系统和方法。

背景技术

磁场测量在电力、航海、生物传感等工业领域有着广泛的应用。与传统的电传感器相比，光纤磁传感器具有精度高、结构紧凑、成本低、抗电磁干扰、耐腐蚀等优点。

目前，许多磁敏材料被提出与光纤传感器相结合用于磁场测量，如Terfenol-D、Metglas合金和磁流体。其中，基于磁流体的光纤磁场传感器具有其优异的磁光性能、易操作、低成本和高灵敏度的特点。

磁场作为一个矢量，既有大小又有方向。现有的光纤磁流体磁场传感器大多局限于磁场强度测量而忽视的磁场方向的测量，这严重限制了光纤磁场传感器的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种矢量磁场传感器及矢量磁场检测系统和方法，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种矢量磁场传感器，包括光纤，光纤中间呈环形设置，光纤的环形外部套设有圆柱壳体，光纤的环形截面与圆柱壳体的轴线垂直，圆柱壳体内填充有磁流体。

进一步的，光纤呈环形设置靠近的两端采用毛细管固定。

进一步的，圆柱壳体管壁与光纤采用UV胶水密封。

一种矢量磁场传感器的制备方法，包括以下步骤：

S1，将一段单模光纤的两末端插入毛细管中，并同时拖拉光纤两末端，获得初始环形结构；

S2，将呈环形结构的中心加热变形、冷却后固定；

S3，将毛细管与光纤固定后，在光纤中间呈环形设置的部分外圈套设圆柱壳体，中间呈环形设置的光纤平面与圆柱壳体柱面平行；

S4，将光纤与圆柱壳体外壁接触部分密封，然后向圆柱壳体内注入磁流体后再次密封圆柱壳体即可得到矢量磁场传感器。

一种矢量磁场检测系统，包括光谱仪、宽带光源和矢量磁场传感器，矢量磁场传感器设置于待测磁场内，光谱仪和宽带光源分别连接于矢量磁场传感器的两端，宽带光源用于产生宽波段的光，光谱仪用于监测干涉光谱的变化。

进一步的，磁场台上设有旋转支架，矢量磁场传感器固定于旋转支架上。

进一步的，磁场台采用赫姆霍茨线圈，赫姆霍茨线圈连接电源，电源采用直流电源。

一种矢量磁场检测方法，包括以下步骤：

S1，将矢量磁场传感器在已知磁场大小和方向的磁场下进行标定，得到在不同磁场大小下对应的干涉光谱值，然后将标定后的矢量磁场传感器固定于待测磁场中；

S2，转动矢量磁场传感器在待测磁场中的方向，然后利用光谱仪获取矢量磁场传感器在待测磁场中干涉光谱，根据干涉光谱的波谷位置以及折射率与标定值对比，即可得到待测磁场的大小和方向。