Magnetische veldsensor kan magnetische veldinformatie in de omgeving detecteren en speelt een belangrijke rol in geologische exploratie, stroomoverdracht, ruimtevaart en andere velden. Als een geavanceerde magnetisch gevoelig nanomateriaal vertoont MHD niet alleen rijke magneto-optische eigenschappen (zoals brekingsindexafstotbaarheid en dubbelbreukeffect), maar integreert ook naadloos met optische vezel vanwege de vloeibare vloeibaarheid, die brede toepassingspotentieel vertoont in het veld van optische magnetische veld. In de afgelopen jaren heeft MHD-vezelmagnetische veldsensor zich op grote schaal bezorgd door onderzoekers in binnen- en buitenland vanwege het sterke anti-elektromagnetische interferentievermogen, corrosieweerstand, hoge veiligheid en ondersteuning voor monitoring op afstand.
Op dit moment omvatten de gemeenschappelijke magnetische veldsensorstructuren van MHD-vezels conische vezel, fotonische kristalvezel gevuld met MHD [8], single-mode-coreloze single-mode vezels en langdurig vezelrooster. Deze sensoren worden gedemoduleerd door twee hoofdmethoden: detectie van vermogenswaarde en offset -detectie van de golflengte, om magnetische veldmeting te bereiken. De sensor op basis van vermogenswaarde -detectie wordt echter eenvoudig beïnvloed door de vermogensschommeling van de lichtbron, waardoor de meetfout kan toenemen. Sensoren op basis van de detectie van de golflengte zijn afhankelijk van spectrometers om golflengteveranderingen te meten, die niet alleen de kosten verhogen, maar ook grotere optische analyseapparatuur vereist. Bovendien bieden bestaande sensoren vaak slechts één meetpunt.
Om deze problemen op te lossen, wordt in dit artikel een tweekanaals taps toelopend magnetisch velddetectiesysteem op basis van tijdafdeling multiplexing (TDM) -technologie voorgesteld. Het systeem is ontworpen om de beperkingen van bestaande technologie te overwinnen en een meer accurate, multi-punts magnetische veldmetingoplossing te bieden.
Principe van het magnetische veldvelddetectiesysteem met dubbele kanaal
De transmissie, ontvangst, foto-elektrische conversie en gegevensverwerking van gepulseerd licht worden uitgevoerd door de fase-gevoelige optische tijddomeinreflectometer (φ-OTDR) aan de linkerkant van het beeld. Vanwege de hoge energie van de initiële puls wanneer het φ-OTDR-apparaat de testpuls verzendt, kan de ontvanger het geretourneerde signaal mogelijk niet nauwkeurig identificeren of verwerken in een korte periode. Om dit probleem op te lossen, is een vertragingsvezel verbonden met de uitgang van de OTDR. Het specifieke werkproces is als volgt: het gepulseerde licht dat wordt gegenereerd door het φ-OTDR-apparaat wordt eerst door de vertraagde vezel geleid om de impact van de initiële pulsenergie op de daaropvolgende signaalverwerking te verminderen.
Het gepulseerde licht wordt vervolgens gekoppeld aan poort 2 van de circulator, verzonden door het interne optische pad van de circulator en uitgang van poort 3 van de circulator. Vervolgens komt het gepulseerde licht in koppeling 1 (OC1), waarbij 1% van het gepulseerde licht wordt toegewezen aan detectiekanaal 1 bestaande uit OC1 en OC2, terwijl 99% van het licht wordt overgebracht naar detectiekanaal 2 bestaande uit OC3 en OC4. In detectiekanaal 1 wordt het gepulseerde licht teruggestuurd naar OC2 na het passeren van de detectie-eenheid (SU), waar 99% van het licht blijft circuleren in detectiekanaal 1 en 1% van het licht wordt teruggebracht naar de φ-OTDR via de circulator. Evenzo volgt Light in detectiekanaal 2 ook hetzelfde pad naar cyclus. Het traject van het gepulseerde licht wordt getoond door de pijlen in de figuur. Gepulseerd licht wordt vele malen in het detectiekanaal gefietst en elke keer dat het door het magnetische veld gaat SU, zal het een bepaald verlies ervaren.
Stabiliteit test
Ten eerste, in een niet-magnetische veldomgeving, werden de pulshelling van het detectiesysteem en het output optische vermogen van de laser gedurende 3 0 maal herhaald om de gemiddelde verzwakkingshelling van het systeem te verkrijgen, zoals getoond in Fig. 4 (a). Het is te zien dat het gemiddelde optische uitgang van de laser 1,21 mW is en de standaardafwijking 0. 051 6 MW, die equivalent is aan 4,26% van het gemiddelde. In 3 0 herhaalde experimenten zijn de gemiddelde verzwakkingshellingen van Sensor Channel 1 en Channel 2 -11. 57 db/km en -18. 117 db/km respectievelijk en de overeenkomstige standaardafwijkingen zijn {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2 {2}}}}. Accounting voor respectievelijk 0,942% en 0,684% van hun respectieve gemiddelde waarden. Dit laat zien dat zelfs als de kracht van de lichtbron fluctueert, het systeem nog steeds een goede stabiliteit vertoont en de meetresultaten betrouwbaar zijn.
Ten tweede werden de sensorkanalen 1 en 2 onder een constante magnetische veldintensiteit van 5 mT geplaatst om de responsstabiliteit van het magnetische velddetectiesysteem te evalueren. De experimentele resultaten worden getoond in Fig. 4 (b). Het is te zien dat de gemiddelde verzwakkingshelling van detectiekanaal 1 -14 is. 85 db/km, en de standaardafwijking is 0. 131 db/km, rekening houdend met 0. 882% van de gemiddelde waarde. De gemiddelde verzwakkingshelling van sensorganaal 2 is -30. 94 db/km en de standaardafwijking is 0. 315 dB/km, goed voor 1,02% van de gemiddelde waarde. Deze gegevens bewijzen dat de respons van het sensorsysteem onder invloed van magnetisch veld een hoge consistentie en stabiliteit heeft.
Een innovatief dual-channel taps toelopende vezelmagnetisch velddetectiesysteem op basis van tijdafdeling multiplexing (TDM) -technologie verbetert de multiplexmogelijkheden van glasvezelvelddetectiesystemen aanzienlijk. Het systeem detecteert de verzwakkingssnelheid van gepulseerd licht in het detectiekanaal precies en combineert TDM-technologie om de gelijktijdige meting van multi-punts magnetisch veld te realiseren.
In vergelijking met de traditionele MHD -vezelmagnetische veldsensor heeft het systeem niet alleen een sterkere hergebruikcapaciteit, maar heeft het ook een hogere tolerantie voor de vermogensschommelingen van de lichtbron. De experimentele resultaten laten zien dat de magnetische veldgevoeligheid van de twee detectiekanalen -1 bereikt. 09 db/(km • Mt) en -3. 466 db/(km • Mt) respectievelijk in het veldintensiteitsbereik van 3 ~ 14 mt en 2 ~ 7 mt. Deze gegevens tonen aan dat het systeem hoge precisie -meetresultaten kan opleveren over een breed scala aan magnetische velden.
Het sensorsysteem heeft veel voordelen: eenvoudig productieproces, sterk hergebruikvermogen, uitstekende anti-elektromagnetische interferentieprestaties, goede stabiliteit, ondersteuning voor monitoring op afstand enzovoort. Daarom is het met name geschikt voor toepassingen die multi-point magnetische veldbewaking op afstand vereisen, zoals stroomoverdrachtslijnen, grote mechanische apparaten en wetenschappelijke onderzoeksvelden, die brede toepassingsperspectieven tonen.