迈克尔逊干涉型光纤磁传感器稳定性研究

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磁传感技术在信息工业领域应用广泛,相比于传统磁传感技术,干涉型光纤磁传感技术具有灵敏度高的特点。本文首先对光纤磁传感技术的研究现状与发展趋势进行了调研和总结,在此基础上,提出了本课题中基于迈克尔逊干涉型光纤磁传感系统架构和总体设计方案。本文分析了干涉型光纤磁传感器的相位变化主要来源于光纤长度的变化,而对于光纤直径、纤芯折射率的影响较小。还分析了外加应力与磁致伸缩效应的关系,如果张应力作用于正磁致伸缩材料上将增大磁致伸缩效应;同时分析了磁场方向与磁致伸缩效应的关系,知道了横向磁场不会有纵向伸缩,因此在测试中磁场方向应该与材料长度方向保持一致。然后通过COMSOL仿真软件分析发现,当磁场方向垂直轴向时磁致伸缩效果最好,基于仿真结果和实际情况确定磁致伸缩材料各参数为:筒的半径3cm,高度2cm,厚度0.2mm,在筒外绕53匝光纤(10m),最后对磁传感器进行仿真分析,发现该传感器能产生0.25πrad的相位差。基于以上分析确定了基于迈克尔逊干涉型的光纤磁传感测试系统,该结构存在的两个问题是偏振衰落和相位漂移。最后,本文对偏振衰落和相位漂移问题进行了分析。法拉第旋转镜法可以消除干涉信号的偏振衰落,这种方法是在反射镜前加一块法拉第旋转晶体。对于干涉信号相位漂移问题,确定了相位载波交叉相乘算法,该方法可以解决相位漂移问题,并实现干涉信号的解调。本文利用LabVIEW软件编写了该算法,通过对算法的仿真分析,发现该算法可以很好的解调出待测信号,并且具有一定的抗噪声能力。最后通过实验测试,结果表明该磁传感系统可探测信号最小频率为20Hz,可探测最小磁信号在80nT至100nT之间。
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