全光纖光柵F-P腔微弱磁場傳感器研究.pdf

1、光纖微弱磁場傳感器是最具有應用潛力的一類微弱磁場傳感器。在目前的磁場傳感器研究中，主要難點是傳感器的結構小型化與高靈敏度性能無法兼顧。本文提出了一種利用啁啾光纖光柵構成寬帶法布里-珀羅干涉儀(Fabry-Perot interferometer，F(xiàn)PI）的全新弱磁敏感結構，結合超磁致伸縮材料構成全光纖磁換能器，利用基于反射光譜特性的相位解調(diào)，實現(xiàn)微弱磁場測量。該系統(tǒng)具有結構緊湊、系統(tǒng)穩(wěn)定、測量精度高等優(yōu)點，該結構適合構建大容量的磁場探測

2、陣列。本文圍繞全光纖光柵法布里-珀羅（F-P）腔微弱磁場傳感器展開研究，其主要內(nèi)容如下：
　　1.推導了啁啾光纖光柵的傳輸耦合模方程，運用分段傳輸矩陣建立了啁啾光柵傳輸理論模型。仿真分析了影響寬帶光纖 F-P腔傳輸特性和反射光譜特性的各種因素，仿真結果表明：光柵長度越長或者啁啾系數(shù)越大，啁啾光柵的反射光譜越寬，形成的干涉條紋越密；腔長越長，干涉條紋的間距越小，干涉條紋數(shù)量越多。
　　2.根據(jù)相干旋轉理論推導出磁致伸縮材料在磁

3、場中的變化規(guī)律。利用邁克爾遜干涉儀測量稀土超磁致伸縮材料的磁致伸縮量，得到了與理論相符合的實驗結果。設計并制作了磁換能器，結合磁換能器與 FPI性能，分析了光纖磁場傳感器系統(tǒng)的相位靈敏度，計算結果表明：磁場H=10μT時，其相位靈敏度為1.56 rad/μT；磁場H=20μT時，其相位靈敏度為1.96 rad/μT。
　　3.研究了基于條紋計數(shù)法的F-P腔相位解調(diào)算法，利用光纖F-P腔磁場傳感器對通電螺線管生成的磁場進行了探測實驗

4、，實驗結果表明：該磁場傳感器系統(tǒng)的相位靈敏度為1.57 rad/μT，系統(tǒng)測量誤差的平均值為1.2μT，測量誤差的方差為0.6μT，引起測量誤差的原因可歸結于磁換能器的耦合損耗和被探測磁場的不均勻性。
　　4.研究了基于傅里葉變換法的 F-P腔相位解調(diào)算法，并采用三次樣條插值對光譜頻域內(nèi)的頻率采樣點進行修正。采用頻域高斯插值法對傅里葉變換得到的基頻對應下標值進行校正，從而實現(xiàn)磁場測量精度的提高。磁場探測實驗的結果表明：該磁場傳感器