Senzor magnetického pole může detekovat informace o magnetickém poli v prostředí a hraje důležitou roli v geologickém průzkumu, přenosu energie, leteckém prostoru a dalších polích. Jako pokročilý magneticky citlivý nanomateriál vykazuje MHD nejen bohaté magnetooptické vlastnosti (jako je laditelnost indexu lomu a účinek dvojné míry), ale také bezproblémově se integruje s optickým vláknem kvůli jeho kapalinové tekutosti, což vykazuje široký aplikační potenciál v oblasti optického magnetického polního snímání. V posledních letech byl vědci doma i v zahraničí široce znepokojen díky silné anti-elektromagnetické interferenční schopnosti, odolnosti proti korozi, vysoké bezpečnosti a podpoře vzdáleného monitorování.
V současné době zahrnují společné struktury senzoru magnetického pole vlákna MHD z kuželového vlákna, fotonickou krystalickou vlákno naplněnou MHD [8], jednorázové vlákno s jedním režimem a mřížku s dlouhým období. Tyto senzory jsou demodulovány dvěma hlavními metodami: detekce hodnoty výkonu a detekci offsetu vlnové délky, aby se dosáhlo měření magnetického pole. Senzor založený na detekci hodnoty výkonu je však snadno ovlivněn kolísáním výkonu zdroje světla, což může způsobit zvýšení chyby měření. Senzory založené na detekci offsetu vlnové délky se spoléhají na spektrometry pro měření změn vlnové délky, což nejen zvyšuje náklady, ale také vyžaduje větší zařízení optické analýzy. Kromě toho existující senzory často nabízejí pouze jediný bod měření.
K vyřešení těchto problémů je v tomto dokumentu navržen systém snímání magnetického pole s magnetickým pole s magnetickým polem zkoseného vlákna založeného na časové divizi (TDM). Systém je navržen tak, aby překonal omezení existující technologie a poskytoval přesnější roztok měření magnetického pole.
Princip systému s duálním kanálem kónického vlákna magnetického pole
Přenos, příjem, fotoelektrická konverze a zpracování dat pulzního světla jsou prováděny fázově citlivým reflektorem optické časové domény (φ-oTDR) umístěným vlevo od obrázku. Vzhledem k vysoké energii počátečního pulsu, když zařízení φ-OTDR odešle testovací puls, nemusí být přijímač schopen přesně identifikovat nebo zpracovat vráceným signálu v krátkém časovém období. Za účelem vyřešení tohoto problému je s výstupem OTDR připojeno vlákno zpoždění. Specifický pracovní proces je následující: pulzní světlo generované zařízením φ-OTDR se nejprve prochází zpožděným vláknem, aby se snížil dopad počátečního pulzní energie na následné zpracování signálu.
Pulzní světlo je poté spojeno s portem 2 cirkulátoru, přenášeno vnitřní optickou cestou oběhového cirkulátoru a výstup z portu 3 oběhového cirkulátoru. Dále pulzní světlo vstupuje do spojky 1 (OC1), kde je 1% pulzního světla přiděleno na snímací kanál 1 sestávající z OC1 a OC2, zatímco 99% světla se přenáší na snímací kanál 2 sestávající z OC3 a OC4. Při snímacím kanálu 1 se pulzní světlo vrátí do OC2 po průchodu snímací jednotkou (SU), kde 99% světla nadále cirkuluje ve snímacím kanálu 1 a 1% světla se přenáší zpět do φ-otdr přes cirkulátor. Podobně, při snímání kanálu 2, světlo také sleduje stejnou cestu k cyklu. Trajektorie pulzního světla je znázorněna šipkami na obrázku. Pulzní světlo je mnohokrát cyklováno ve snímacím kanálu a pokaždé, když projde magnetickým polem SU, zažije určitou ztrátu.
Stabilita test
Nejprve v prostředí nemagnetického pole byl pulzní sklon snímacího systému a výstupní optický výkon laseru opakován po dobu 3 0 časů, aby se získal průměrný útlumový sklon systému, jak je znázorněno na obr. 4 (a). Je vidět, že průměrný výstupní optický výkon laseru je 1,21 MW a standardní odchylka je 0. 051 6 MW, což je ekvivalentní 4,26% průměru. V 3 0 opakované experimenty jsou průměrné útlumné svahy senzorového kanálu 1 a kanálu 2 -11. 57 db/km a -18. 117 db/km, respektive 0,14 db/km a 0,124 db/km, a 0,124 db/km, a 0,124 db/km, a 0,124 db/km a. Zúčtování za 0,942% a 0,684% jejich příslušných průměrných hodnot. To ukazuje, že i když síla světelného zdroje kolísá, systém stále vykazuje dobrou stabilitu a výsledky měření jsou spolehlivé.
Za druhé, senzorové kanály 1 a 2 byly umístěny pod konstantní intenzitu magnetického pole 5 MT pro vyhodnocení stability odezvy systému snímání magnetického pole. Experimentální výsledky jsou znázorněny na obr. 4 (b). Je vidět, že průměrný sklon útlumu snímacího kanálu 1 je -14. 85 dB/km a standardní odchylka je 0. 131 dB/km, což představuje 0. 882% průměrné hodnoty. Průměrný útlumový sklon senzorového kanálu 2 je -30. 94 db/km a standardní odchylka je 0. 315 dB/km, což představuje 1,02% průměrné hodnoty. Tato data prokazují, že odezva senzorového systému pod vlivem magnetického pole má vysokou konzistenci a stabilitu.
Inovativní technologie s duálním kanálem zkreslená vlákna magnetického pole založená na časovém dělení multiplexování (TDM) významně zlepšuje schopnost multiplexování systémů snímání magnetického pole vlákna. Systém přesně detekuje rychlost útlumu pulzního světla ve snímacím kanálu a kombinuje technologii TDM, aby si uvědomil simultánní měření vícebodového magnetického pole.
Ve srovnání s tradičním senzorem magnetického pole vlákna MHD má systém nejen silnější schopnost opětovného použití, ale má také vyšší toleranci vůči kolísání výkonu světelného zdroje. Experimentální výsledky ukazují, že citlivost magnetického pole dvou snímacích kanálů dosahuje -1. 09 db/(km • mt) a -3. 466 db/(km • mt) v rozsahu intenzity pole 3 ~ 14 mt a 2 ~ 7 mt. Tato data ukazují, že systém může poskytnout výsledky s vysokou přesností v široké škále magnetických polí.
Systém senzoru má mnoho výhod: jednoduchý výrobní proces, silná schopnost opětovného použití, vynikající anti-elektromagnetický interferenční výkon, dobrá stabilita, podpora pro dálkové monitorování atd. Proto je zvláště vhodný pro aplikace vyžadující vzdálené vícebodové monitorování magnetického pole, jako jsou přenosové vedení výkonu, velká mechanická zařízení a vědecké výzkumné oblasti, které ukazují široké vyhlídky na aplikace.