本實用新型涉及一種磁場測量裝置，特別是一種基于光纖光柵的磁場強度測量裝置。

背景技術：

磁場測量方法有很多，如磁通門法、磁光泵法、超導量子器件干涉法等。采用這些方法的測量儀器基本都是由電子器件組成，造成測量儀器抗電磁干擾和耐高溫能力差，無法在惡劣的環(huán)境下工作，極大地限制了應用范圍。具體而言，電子線路耐高溫性能差，在溫度150℃環(huán)境下使用時，測量儀器的工作時間都需要嚴格限制，無法長時間測量，不能滿足高溫長時間測量要求。其次，在電磁干擾嚴重的環(huán)境下測量信號容易受到干擾，測量誤差大，導致所采集的信息可靠性和準確性無法得到保障。

與電子器件相比，光纖傳感器在高靈敏度、高精度、大動態(tài)范圍、抗電磁干擾、耐高溫高壓等性能方面更具技術優(yōu)勢。因而在磁場測量，特別是微弱磁場測量方面倍受關注。

現(xiàn)有磁場測量方法都不適于磁場的高精度測量，同時其測量儀器制作復雜成本較高，尚無高精度的磁場測量裝置，這是市場的缺欠。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的發(fā)明目的在于：針對上述存在的問題，提供一種基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，這種裝置具有不受電磁干擾、測量精度高、結構簡單、成本較低、使用方便的突出優(yōu)點。

本實用新型采用的技術方案如下：

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，包括依次連接的光源模塊、隔離器、耦合器、光電探測模塊和信號處理模塊，以及與耦合器連接的磁感應模塊；所述磁感應模塊包括光纖、以等間距均勻布置在光纖上的光柵、粘貼于光柵上的磁致伸縮薄膜、裝充在磁致伸縮薄膜所封閉的光柵間隔中的光纖匹配液，以及貼在磁致伸縮薄膜外表面的保護層。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述磁感應模塊，其光柵為Bragg光柵、光柵間距為2mm，光纖光柵的厚度為2mm，光纖光柵的反射光譜帶寬在6nm-8nm。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述光源模塊為半導體光源；所述信號處理模塊采用嵌入式計算機，安裝有測量軟件。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述光電探測模塊包括PIN光電轉換電路、除法器、低通濾波器和電壓放大電路；所述PIN光電轉換電路連接耦合器，用于將光信號轉化成電流，再轉化成電壓；所述除法器連通PIN光電轉換電路和低通濾波器，用于消除光源波動的影響；所述低通濾波器連接電壓放大電路，用于進行濾波處理，減少輸出電路中的噪聲；所述電壓放大電路，用于將處理的信號進行放大。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述PIN光電轉換電路包括PIN光電二極管、電阻和運算放大器，所述PIN光電二極管串聯(lián)電阻，再連接運算放大器。

以上PIN光電轉換電路，PIN光電二極管完成光信號到電流信號的轉換，轉換效率高，電阻與運算放大器組成的放大器將電流信號轉換為電壓信號；同時PIN光電轉換電路能夠減小漏電電流，提高檢測靈敏度。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述除法器包括運算放大器、電阻和模擬四象限乘法器。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述電壓放大電路包括三運放和可調電阻。

以上電壓放大電路，由于從除法器輸出的信號較小，在經過低通濾波器的衰減，信號很弱，不便于采集，需要對信號進行放大；所采用的三運放的輸入端的三極管提供差分雙極輸入，并采用低輸入偏置電流，通過輸入級內部運放的反饋，保持輸入三極管的集電極電流恒定，并使輸入電壓加到外部增益控制的電阻上，調節(jié)電阻的阻值，可使電壓放大很多倍數(shù)，同時增益控制精度高。

本實用新型的基于光纖光柵的磁場強度測量裝置的測量方法：接通設備，將磁感應模塊放置于非磁場中，通過光電探測模塊收集反射光，并轉化為信號處理模塊可讀取的數(shù)字信號，進行測量裝置的標定；將磁感應模塊放置于磁場中進行測量，所測的結果與標定的結果進行對比，找到磁場強度與波長之間的關系，檢測波長就可以測得磁場強度。

本實用新型的工作原理是：從半導體光源發(fā)出的光經過隔離器、耦合器入射到置于測量磁場中的磁感應模塊中，其超磁致伸縮薄膜受磁場作用產生形變，光纖光柵對薄膜形變非常敏感，入射光在光纖光柵中發(fā)生反射，反射光攜帶超磁致伸縮薄膜形變信息回到耦合器中，同時被光電探測模塊收集轉化，形成數(shù)字信號發(fā)送到信號處理模塊，進行處理，就能通過計算得到磁場的強度。

綜上所述，由于采用了上述技術方案，本實用新型的有益效果是：測量不受電磁干擾、測量精度高。理由是：(1)本測量裝置中的光源、隔離器、耦合器、光電探測模塊和信號處理模塊，都可以屏蔽電磁干擾，而磁感應模塊主體為光纖光柵結構具有良好屏蔽電磁干擾的作用。(2) 測量精度高，是因為：隔離器減小反射光對光源提供的入射光的影響，降低反射光的損耗；光纖匹配液吸收光纖光柵輸出的透射光，減少對反射光的影響；超磁致伸縮薄膜感應磁場作用形變，而光纖光柵對薄膜形變非常敏感，磁致伸縮薄膜受磁場作用形變量越大，光纖光柵的測量就越明顯，就能得到更好的處理結果，從而計算出更精準的磁場強度，有利于磁場強度的測量。

附圖說明

圖1是本實用新型一種基于光纖光柵的磁場強度測量裝置結構示意圖。

圖2是本實用新型一種基于光纖光柵的磁感應模塊結構示意圖。

圖中標記：1為光纖、2為光柵、3為光柵間隔、4為光纖匹配液、5為超磁致伸縮薄膜、6為保護層。

圖3是PIN光電轉換電路的電路圖。

圖4是除法器的電路圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對本實用新型作詳細的說明。

為了使本實用新型的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。

如圖1所示，本實用新型包括依次連接的光源模塊、隔離器、耦合器、光電探測模塊和信號處理模塊，以及與耦合器連接的磁感應模塊；如圖2，所述磁感應模塊包括光纖1、以等間距均勻布置在光纖1上的光柵2、粘貼于光柵2上的磁致伸縮薄膜5、裝充在磁致伸縮薄膜5所封閉的光柵間隔3中的光纖匹配液4，以及貼在磁致伸縮薄膜外表面的保護層6。

本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述磁感應模塊，其光柵為Bragg光柵、光柵間距為2mm，光纖光柵的厚度為2mm，光纖光柵的反射光譜帶寬在6nm-8nm。

本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述光源模塊為半導體光源；所述信號處理模塊采用嵌入式計算機，安裝有測量軟件。

本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述光電探測模塊包括PIN光電轉換電路、除法器、低通濾波器和電壓放大電路；所述PIN光電轉換電路連接耦合器，用于將光信號轉化成電流，再轉化成電壓；所述除法器連通PIN光電轉換電路和低通濾波器，用于消除光源波動的影響；所述低通濾波器連接電壓放大電路，用于進行濾波處理，減少輸出電路中的噪聲；所述電壓放大電路，用于將處理的信號進行放大。

如圖3，本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述PIN光電轉換電路包括PIN光電二極管、電阻和運算放大器，所述PIN光電二極管串聯(lián)電阻，再連接運算放大器。

如圖4，本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述除法器包括運算放大器、電阻和模擬四象限乘法器。

本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，所述電壓放大電路包括三運放和可調電阻。

本實用新型基于光纖光柵的磁場強度測量裝置，還包括測量方法：接通設備，將磁感應模塊放置于非磁場中，通過光電探測模塊收集反射光，并轉化為信號處理模塊可讀取的數(shù)字信號，進行測量裝置的標定；將磁感應模塊放置于磁場中進行測量，所測的結果與標定的結果進行對比，找到磁場強度與波長之間的關系，檢測波長就可以測得磁場強度。

以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。