基于偏振效應(yīng)的磁場測量方法的研究.pdf

1、電磁環(huán)境的檢測一直是環(huán)境科學的一個重要的研究領(lǐng)域，其對于科學研究、工業(yè)生產(chǎn)、居民生活乃至國防安全等各個方面都具有重大的意義。現(xiàn)代電磁環(huán)境是多種電磁能量共存并且相互作用的環(huán)境，這些電磁能量可以簡單地分為自然和人為兩大類。傳統(tǒng)的電磁場或是電磁脈沖的測量，主要依靠電學的方法，利用電偶極子和磁偶極子等各類天線作為測量的傳感單元。測量穩(wěn)定可靠并且技術(shù)成熟，但是其饋線容易感應(yīng)產(chǎn)生強的涌浪電流，可能導(dǎo)致監(jiān)測終端設(shè)備的損毀。
　　光纖光柵傳感是2

2、0世紀80年代發(fā)展起來的新興傳感技術(shù)，具有光學測量的高靈敏度、高精確性、抗干擾、耐腐蝕等諸多優(yōu)點，對于溫度、壓力、應(yīng)力等參量具有非常好的測量性能，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空航天、健康監(jiān)測、資源探索、醫(yī)藥衛(wèi)生等各方面。鑒于光纖光柵傳感的優(yōu)良特性，很多學者都嘗試將其應(yīng)用于磁場的測量領(lǐng)域，利用電磁場中電場與磁場的相互關(guān)系，達到測量電磁場的目的。如將磁致伸縮材料涂敷于光纖光柵測表面，或是將其內(nèi)嵌于光纖光柵的纖芯，利用機械效應(yīng)測量磁場。
　　雖然

3、，利用磁致伸縮材料能夠通過光纖光柵來測量磁場，但是，畢竟機械的測量方法的測量精度會隨著時間的推移而下降，而且會影響傳感頭的使用壽命。因此，新的光纖光柵磁場測量方法的研究就顯得更為重要。
　　基于偏振效應(yīng)的磁場測量方法，是以光纖材料的菲涅爾效應(yīng)和以法拉第效應(yīng)為代表的磁光效應(yīng)為理論基礎(chǔ)，由于處于磁場中的光纖光柵中存在圓雙折射，左旋和右旋圓偏振光的偏振相關(guān)損耗、差分群時延和偏振模色散等偏振參量將與磁場之間的關(guān)系，通過測量偏振參量來測量磁

4、場。從光纖光柵傳感的基本理論與傳統(tǒng)方法出發(fā)，介紹了光纖光柵溫度、應(yīng)力、壓力傳感的原理與各種傳感器的結(jié)構(gòu);引出光纖光柵法拉第效應(yīng)的本質(zhì)——圓雙折射;分別從測量原理、測量性能和交叉敏感的研究解決等方面，詳細介紹并研究了基于偏振相關(guān)損耗和差分群時延的磁場測量方法;提出了基于偏振模色散的新的磁場測量方法，并對其測量性能進行了研究與比較。得到的結(jié)論為:在小磁場條件下，三種測量參量都能與磁場的大小保持良好的線性關(guān)系，但是測量的靈敏度與線性范圍必須折