Czujnik pola magnetycznego może wykryć informacje pola magnetycznego w środowisku i odgrywa ważną rolę w eksploracji geologicznej, przenoszeniu mocy, lotniczej i innych dziedzinach. Jako zaawansowany magnetycznie wrażliwy nanomateriał, MHD nie tylko wykazuje bogate właściwości magnetooptyczne (takie jak relacjonalność współczynnika załamania światła i efekt dwójłomności), ale także bezproblemowo integruje się z włóknem optycznym ze względu na płynność płynną, która pokazuje szeroki potencjał zastosowania w polu optycznego wykrywania pola magnetycznego. W ostatnich latach czujnik pola magnetycznego MHD światłowodowy był szeroko zaniepokojony przez badaczy w kraju i za granicą ze względu na jego silną zdolność interferencji antyelektromagnetycznej, odporność na korozję, wysokie bezpieczeństwo i wsparcie dla zdalnego monitorowania.
Obecnie wspólne struktury czujników pola magnetycznego włókna MHD obejmują włókno stożkowe, fotoniczne włókno kryształowe wypełnione MHD [8], jednoczesne włókno jednomodowe i długoterowe siatkę włókien. Czujniki te są demodulowane dwiema głównymi metodami: wykrywaniem wartości wartości i wykrywania przesunięcia długości fali, aby osiągnąć pomiar pola magnetycznego. Jednak na czujnik na podstawie wykrywania wartości mocy łatwo wpływa fluktuacja mocy źródła światła, co może powodować wzrost błędu pomiaru. Czujniki oparte na wykryciu przesunięcia długości fali polegają na spektrometrach w celu pomiaru zmian długości fali, co nie tylko zwiększa koszt, ale także wymaga większego sprzętu do analizy optycznej. Ponadto istniejące czujniki często oferują tylko jeden punkt zdolności pomiaru.
Aby rozwiązać te problemy, w tym artykule zaproponowano podwójny kanał stożkowy system wykrywania pola magnetycznego oparty na multipleksowaniu podziału czasu (TDM). System został zaprojektowany w celu przezwyciężenia ograniczeń istniejącej technologii i zapewnienia dokładniejszego, wielopunktowego rozwiązania pomiaru pola magnetycznego.
Zasada podwójnego stożkowego systemu wykrywania pola magnetycznego
Transmisja, odbiór, konwersja fotoelektryczna i przetwarzanie danych pulsacyjnego światła są wykonywane przez wrażliwą na fazę optyczną reflektomometr czasu (φ-OTDR) po lewej stronie obrazu. Ze względu na wysoką energię początkowego impulsu, gdy urządzenie φ-OTDR wysyła impuls testowy, odbiornik może nie być w stanie dokładnie zidentyfikować lub przetworzyć zwrócony sygnał w krótkim czasie. Aby rozwiązać ten problem, włókno opóźnienia jest podłączone do wyjścia OTDR. Specyficzny proces pracy jest następujący: Pulsowane światło generowane przez urządzenie φ-OTDR jest najpierw przepuszczane przez opóźnione włókno w celu zmniejszenia wpływu początkowej energii impulsu na kolejne przetwarzanie sygnału.
Pulsowane światło jest następnie sprzężone z portem 2 cyrkulatora, przesyłane przez wewnętrzną ścieżkę optyczną cyrkulatora i wyjście z portu 3 cyrkulatora. Następnie światło pulsacyjne wchodzi do łącznika 1 (OC1), gdzie 1% pulsacyjnego światła jest przydzielane do kanału wykryającego 1 składającego się z OC1 i OC2, podczas gdy 99% światła jest przesyłane do kanału czujnika 2 składającego się z OC3 i OC4. W kanale czujnym 1 pulsowane światło jest zwracane do OC2 po przejściu przez jednostkę wykrywającą (SU), gdzie 99% światła nadal krąży w kanale wykrywający 1, a 1% światła jest przesyłane z powrotem do φ-OTDR przez cyrkulator. Podobnie, w wyczuwaniu kanału 2 światło podąża również tą samą ścieżką do cyklu. Trajektorię pulsacyjnego światła pokazuje strzałki na rysunku. Pulsowane światło jest przetranspane wielokrotnie w kanale wykrywającej i za każdym razem przechodzi przez pole magnetyczne SU, doświadczy pewnej straty.
Stabilność test
Po pierwsze, w środowisku pola niemagnetycznego, nachylenie impulsu systemu wykrywania i wyjściowa moc optyczna lasera powtórzono przez 3 0, aby uzyskać średnie nachylenie tłumienia systemu, jak pokazano na ryc. 4 (a). Można zauważyć, że średnia moc wyjściowa optyczna lasera wynosi 1,21 MW, a odchylenie standardowe wynosi 0. 051 6 MW, co odpowiada 4,26% średniej. W 3 0 Powtarzane eksperymenty, średnie stoki tłumienia kanału czujnika 1 i kanału 2 to -11. 57 db/km i -18. odpowiadając odpowiednio 0,942% i 0,684% ich odpowiednich średnich wartości. To pokazuje, że nawet jeśli moc źródła światła zmienia się, system nadal wykazuje dobrą stabilność, a wyniki pomiaru są wiarygodne.
Po drugie, kanały czujników 1 i 2 umieszczono pod stałą intensywnością pola magnetycznego 5 MT w celu oceny stabilności odpowiedzi systemu wykrywania pola magnetycznego. Wyniki eksperymentalne pokazano na ryc. 4 (b). Można zauważyć, że średnie nachylenie tłumienia kanału zmysłowego 1 wynosi -14. 85 dB/km, a odchylenie standardowe wynosi 0. 131 dB/km, uwzględniając 0. 882% średniej wartości. Średnie nachylenie tłumienia kanału czujnika 2 wynosi -30. 94 dB/km, a odchylenie standardowe wynosi 0. 315 dB/km, co stanowi 1,02% wartości średniej. Dane te dowodzą, że odpowiedź układu czujnika pod wpływem pola magnetycznego ma wysoką spójność i stabilność.
Innowacyjny podwójny kanał stożkowy system wykrywania pola magnetycznego oparty na multipleksowaniu podziału czasu (TDM) znacznie poprawia możliwość multipleksowania systemów wykrywania pola magnetycznego światłowodowego. System dokładnie wykrywa szybkość tłumienia pulsacyjnego światła i łączy technologię TDM w celu zrealizowania jednoczesnego pomiaru wielopunktowego pola magnetycznego.
W porównaniu z tradycyjnym czujnikiem pola magnetycznego włókien MHD, system ma nie tylko silniejsze możliwości ponownego użycia, ale także ma większą tolerancję na fluktuację mocy źródła światła. Wyniki eksperymentalne pokazują, że czułość pola magnetycznego dwóch kanałów wykrywających osiąga -1. 09 dB/(km • MT) i {2}}. 466 dB/(km • Mt) odpowiednio w zakresie intensywności pola odpowiednio 3 ~ 14 mt i 2 ~ 7 mt. Dane te pokazują, że system może zapewnić wysokie wyniki pomiaru precyzyjnego w szerokim zakresie pól magnetycznych.
System czujników ma wiele zalet: prosty proces produkcji, silna zdolność ponownego użycia, doskonała działanie antyelektromagnetyczne, dobra stabilność, wsparcie dla zdalnego monitorowania i tak dalej. Dlatego jest szczególnie odpowiednia do zastosowań wymagających zdalnego monitorowania pola magnetycznego, takie jak linie przesyłowe, duże urządzenia mechaniczne i dziedziny badań naukowych, wykazujące szerokie perspektywy zastosowań.