一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測(cè)量磁場(chǎng)的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及光纖光柵技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于 測(cè)量磁場(chǎng)的方法
【背景技術(shù)】
[0002] 通常，測(cè)量的目的是為了獲得研究對(duì)象的有關(guān)信息，并進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后再去 控制對(duì)象，完成運(yùn)一功能性操作即為傳感技術(shù)。光纖傳感器的基本工作原理是將來(lái)自光源 的光經(jīng)過(guò)光纖送入調(diào)制器，使待測(cè)參數(shù)與進(jìn)入調(diào)制區(qū)的光相互作用后，導(dǎo)致光的光學(xué)性質(zhì) (如光的強(qiáng)度、波長(zhǎng)、頻率、相位、偏正態(tài)等)發(fā)生變化，稱為被調(diào)制的信號(hào)光，在經(jīng)過(guò)光纖送 入光探測(cè)器，經(jīng)解調(diào)后，獲得被測(cè)參數(shù)。近年來(lái)，傳感器在朝著靈敏、精確、適應(yīng)性強(qiáng)、小巧和 智能化的方向發(fā)展。在運(yùn)一過(guò)程中，光纖傳感器運(yùn)個(gè)傳感器家族的新成員倍受青睞。光纖具 有很多優(yōu)異的性能，例如:抗電磁干擾和原子福射的性能，徑細(xì)、質(zhì)軟、重量輕的機(jī)械性能； 絕緣、無(wú)感應(yīng)的電氣性能；耐水、耐高溫、耐腐蝕的化學(xué)性能等，它能夠在人達(dá)不到的地方 (如高溫區(qū)），或者對(duì)人有害的地區(qū)（如核福射區(qū)），起到人的耳目的作用，而且還能超越人的 生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。隨著密集波分復(fù)用DWDM技術(shù)、滲巧光纖放 大器抓FA技術(shù)和光時(shí)分復(fù)用0TDR技術(shù)的發(fā)展和成熟，光纖通信技術(shù)正向著超高速、大容量 通信系統(tǒng)的方向發(fā)展，并且逐步向全光網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。在光通信迅猛發(fā)展的帶動(dòng)下，光纖傳感器 作為對(duì)材料的應(yīng)變測(cè)量，W及磁場(chǎng)、溫度場(chǎng)合、溶液折射率的測(cè)量方面起到了重要的作用。
[0003] 然而傳統(tǒng)的光纖傳感器僅僅圍繞光源W及光纖自身材料的改變來(lái)提高傳感器的 精確度，其受到了很大限制。
[0004] 因此，需要一種能有效地在光纖中禪合超聲波的方法引起光柵變形測(cè)量磁場(chǎng)的方 法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測(cè)量磁場(chǎng)的方法， 在一個(gè)方面，所述測(cè)量磁場(chǎng)的方法包括如下步驟：
[0006] a)搭接光纖傳感器磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括累浦源、第一光纖、一支波分復(fù)用 器、一段帶有連續(xù)均勻光柵的光纖、超聲波發(fā)生器和解調(diào)儀，所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光 纖一端為球狀末端，所述超聲波發(fā)生器設(shè)有發(fā)射探頭，所述發(fā)射探頭與所述球狀末端固定， 所述解調(diào)儀與所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖另一端連接;所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光纖 具有多段光柵，每段光柵柵格均勻分布，所述光柵之間間隔相同；
[0007] b)將所述光纖傳感器磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)置于待測(cè)磁場(chǎng)中，記錄所述解調(diào)儀采集到的離 峰偏離主峰的間距；
[000引C)將步驟b)中所述的離峰偏離主峰的間距與離峰偏離主峰的間距隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變 化的關(guān)系曲線比對(duì)，得到磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小。
[0009] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述步驟C)中離峰偏離主峰的間距隨磁場(chǎng) 強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線通過(guò)標(biāo)定得到，所述標(biāo)定包括w下步驟：
[0010] (1)將所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖與可控磁伸縮材料貼合；
[0011] (2)所述累浦源發(fā)射光波進(jìn)入所述第一光纖，所述超聲波發(fā)生器發(fā)射超聲波進(jìn)入 所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖；
[001^ (3)記錄解調(diào)儀時(shí)刻t采集到的離峰偏離主峰的間距；
[0013] (4)逐漸增加磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，重復(fù)所述步驟(2)至步驟(3)的過(guò)程，記錄解調(diào)儀與 所述步驟(3)中相同的時(shí)刻t采集到的不同磁場(chǎng)強(qiáng)度引起的離峰偏離主峰的間距；
[0014] (5)擬合離峰偏離主峰的間距隨磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的關(guān)系曲線。
[0015] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述球狀末端是光纖末端燒結(jié)而成的小球， 所述小球與所述超聲探頭之間通過(guò)硅膠固定。
[0016] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述小球與所述超聲探頭之間涂有導(dǎo)聲糊， 所述導(dǎo)聲糊為光聲匹配材料，用于禪合聲波進(jìn)入光纖。
[0017] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，步驟(2)中所述的超聲波W縱波形式傳播， 所述超聲波的波長(zhǎng)大于所述光柵的柵格長(zhǎng)度。
[0018] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述超聲波波長(zhǎng)為lcm-2cm。
[0019] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述步驟(4)中增加磁場(chǎng)的大小使磁伸縮材 料拉伸、彎曲、振動(dòng)或擠壓。
[0020] 在一個(gè)方面，所述的測(cè)量磁場(chǎng)的方法，所述的離峰偏離主峰的間距隨磁場(chǎng)變化的 關(guān)系曲線通過(guò)線性擬合或者最小二乘法進(jìn)行擬合。
[0021] 在另一個(gè)方面，本發(fā)明提供了所述測(cè)量磁場(chǎng)方法的光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，所述測(cè) 量系統(tǒng)包括累浦源、第一光纖、一支波分復(fù)用器、一段帶有連續(xù)均勻光柵的光纖、超聲波發(fā) 生器和解調(diào)儀；
[0022] 所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光纖一端為球狀末端；
[0023] 所述超聲波發(fā)生器設(shè)有超射探頭，所述發(fā)射探頭與所述球狀末端固定，所述解調(diào) 儀與所述帶有連續(xù)均勻光柵的光纖另一端連接，所述的帶有連續(xù)均勻光柵的光纖具有多段 光柵，每段光柵柵格均勻分布，所述光柵之間間隔相同。
[0024] 本發(fā)明提供的一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測(cè)量磁場(chǎng)的方法，通過(guò)將超 聲波薄禪合到光柵光纖中，引起光柵柵格變形，從而在光波主峰兩側(cè)形成離峰，本發(fā)明對(duì)離 峰監(jiān)測(cè)并進(jìn)行磁場(chǎng)測(cè)量，使磁場(chǎng)測(cè)量的精確度更加準(zhǔn)確。
[0025] 應(yīng)當(dāng)理解，前述大體的描述和后續(xù)詳盡的描述均為示例性說(shuō)明和解釋，并不應(yīng)當(dāng) 用作對(duì)本發(fā)明所要求保護(hù)內(nèi)容的限制。
【附圖說(shuō)明】
[0026] 參考隨附的附圖，本發(fā)明更多的目的、功能和優(yōu)點(diǎn)將通過(guò)本發(fā)明實(shí)施方式的如下 描述得W闡明，其中：
[0027] 圖1示意性示出本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例測(cè)量磁場(chǎng)的光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)；
[0028] 圖2示出了本發(fā)明帶有連續(xù)均勻光柵光纖的示意圖；
[0029] 圖3示出了本發(fā)明光纖禪合超聲波前柵格的示意圖；
[0030] 圖4示出了本發(fā)明光纖禪合超聲波前脈沖的反射譜；
[0031 ]圖5示出了本發(fā)明光纖禪合超聲波后柵格的示意圖；
[0032] 圖6示出了本發(fā)明光纖在超聲脈沖作用下出現(xiàn)的離峰；
[0033] 圖7示出了本發(fā)明在不同磁場(chǎng)時(shí)離峰偏離主峰的示意圖；
[0034] 圖8示出了本發(fā)明離峰偏離主峰間距隨磁場(chǎng)變化的曲線；
[0035] 圖9示出了本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例測(cè)量磁場(chǎng)的光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 通過(guò)參考示范性實(shí)施例，本發(fā)明的目的和功能W及用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)些目的和功能的方 法將得W闡明。然而，本發(fā)明并不受限于W下所公開(kāi)的示范性實(shí)施例;可W通過(guò)不同形式來(lái) 對(duì)其加 W實(shí)現(xiàn)。說(shuō)明書(shū)的實(shí)質(zhì)僅僅是幫助相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員綜合理解本發(fā)明的具體細(xì)節(jié)。
[0037] 在下文中，將參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同 或類似的部件，或者相同或類似的步驟。
[0038] 實(shí)施例一.
[0039] 本發(fā)明提供了一種基于超聲脈沖誘發(fā)光柵變形的用于測(cè)量磁場(chǎng)的方法，本實(shí)施例 中，如圖1所示本實(shí)施例中測(cè)量磁場(chǎng)的光纖傳感器測(cè)量系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括累浦源101、第一 光纖102、一支波分復(fù)用器103、一段帶有連續(xù)均勻光柵108的光纖106、超聲波發(fā)生器105和 解調(diào)儀104;帶有連續(xù)均勻光柵的光纖一端為球狀末端;球狀末端是光纖端部通過(guò)燒結(jié)而成 的小球107;超聲波發(fā)生器設(shè)有超聲探頭，所述發(fā)超聲探頭與所述光纖末端的小球107通過(guò) 硅膠固定。在超聲探頭與小球107之間涂有導(dǎo)聲糊，導(dǎo)聲糊作為聲匹配材料使聲波能夠禪合 至光纖中。解調(diào)儀104與所述帶有連續(xù)均勻光柵108的光纖106另一端連接，用于采集光纖的 反射波譜。
[0040] 下面具體描述超聲波誘發(fā)光柵變形的原理：
[0041] 如圖2所示本發(fā)明帶有連續(xù)均勻光柵光纖的示意圖，帶有連續(xù)均勻光柵的光纖由 多段相同參數(shù)的光纖光柵108串聯(lián)組成或直接分布連續(xù)均勻光柵，本實(shí)施例中優(yōu)選采用分 布連續(xù)均勻光柵的方式制成的光柵光纖具有多段光柵，每段光柵柵格均勻分布，光柵與光 柵之間的間距相同。
[0042] 當(dāng)累浦源101發(fā)射的光通過(guò)本發(fā)明實(shí)施例中分布連續(xù)均勻光柵光纖的柵格時(shí)，光 纖的柵格108a不會(huì)發(fā)生機(jī)械變形，如圖3所示本發(fā)明光纖禪合超聲波前柵格的示意圖。光波 完全通過(guò)光柵光纖，經(jīng)解調(diào)儀104采集光柵光纖的反射波譜，反射波譜出現(xiàn)一個(gè)主峰，如圖4 所示本發(fā)明光纖禪合超聲波前脈沖的反射譜。
[0043] 當(dāng)超聲波發(fā)生器105發(fā)射出的超聲波經(jīng)超聲探頭與光纖末端燒結(jié)小球107之間導(dǎo) 聲糊將超聲波禪合至光纖中，同時(shí)，累浦源101發(fā)射出的光進(jìn)入第一光纖102后通過(guò)波分復(fù) 用器103將光波禪合至帶有連續(xù)均勻光柵的光纖中。超聲波W縱波的形式在光纖中向前傳 播，當(dāng)超聲波傳播至第η段光柵前，會(huì)誘發(fā)光纖的柵格108b發(fā)生機(jī)械變形，當(dāng)超聲波離開(kāi)第η 段光柵后，機(jī)械變形恢復(fù)，如圖5所示本發(fā)明光纖禪合超聲波后柵格的示意圖。本發(fā)明中，發(fā) 射超聲波的波長(zhǎng)大于光柵光纖的柵格長(zhǎng)度，當(dāng)超聲波完全穿過(guò)第η段光柵的時(shí)刻由解調(diào)儀 104采集到的反射波譜會(huì)在主峰的兩端出現(xiàn)兩個(gè)離峰，如圖6所示的本發(fā)明光纖在超聲脈沖 作用下出現(xiàn)的離峰。
[0044] 下面具體描述本實(shí)施例中通過(guò)離峰測(cè)量磁場(chǎng)的方法：
[0045] 搭接光纖傳感器磁場(chǎng)測(cè)量系統(tǒng)：
[0046] 搭建測(cè)量磁場(chǎng)的光纖傳感器系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括累浦源101、第一光纖102、一支波 分復(fù)用器103、一段帶有連續(xù)均勻光柵的光纖106、超聲波發(fā)生器105和解調(diào)儀104;帶有連續(xù) 均勻光柵的光纖一端為球狀末端;球狀末端是光纖端部通過(guò)燒結(jié)而成的小球107;超聲波發(fā) 生器設(shè)有超聲探頭，所述發(fā)超聲探頭與所述光纖末端的小球107通過(guò)硅膠固定。在超聲探頭 與小球之間涂有導(dǎo)聲糊，導(dǎo)聲糊作為聲匹配材料使聲波能夠禪合至光纖中。解調(diào)儀104與所 述帶有連續(xù)均勻