偏振無關(guān)光纖Michelson干涉型微弱磁場傳感器研究.pdf

1、本文在對幾種光纖磁場傳感器進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定了基于磁致伸縮的偏振無關(guān)光纖 Michelson干涉型微弱磁場傳感方案，對該方案的工作原理進(jìn)行了詳細(xì)分析，設(shè)計(jì)了傳感器的傳感頭結(jié)構(gòu)，并搭建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)檢測。
　　首先，本文從光纖干涉儀的工作原理入手，討論了影響光纖干涉儀干涉可見度的主要因素，并針對各因素給出了相應(yīng)的改進(jìn)方案。其中，本文詳細(xì)分析了光波偏振態(tài)的隨機(jī)漂移對干涉儀輸出的影響，介紹了目前幾種消偏振衰落技術(shù)的原理，著重討

2、論了在光纖 Michelson干涉儀末端加兩個(gè)法拉第旋轉(zhuǎn)鏡的消偏振衰落的原理，該方法不需要任何附加的信號處理就可以消除偏振衰落，使干涉儀輸出穩(wěn)定。
　　然后，本文闡述了傳感器系統(tǒng)，詳細(xì)分析了傳感器的光路噪聲和輸出信號，得出了傳感器的直流磁場和交流磁場測試方案。在分析影響傳感器的傳感頭靈敏度的因素的基礎(chǔ)上，本文對傳感器傳感頭結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，整個(gè)傳感頭都采用Ф80μm的細(xì)徑光纖，通過特殊的骨架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了體積小、靈敏度高、頻率響應(yīng)范圍

3、寬的磁場傳感器傳感頭。
　　接著，本文搭建了微弱磁場傳感器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在穩(wěn)定了系統(tǒng)工作點(diǎn)的前提下，對系統(tǒng)頻率響應(yīng)進(jìn)行了測試，并對傳感器在不同交流調(diào)制磁場下的直流磁場探測時(shí)系統(tǒng)的輸出進(jìn)行了測試，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)被測磁場較小時(shí)，系統(tǒng)輸出信號與被測信號成正比關(guān)系。當(dāng)交流調(diào)制磁場為4000nT時(shí)，系統(tǒng)直流磁場探測相位靈敏度為1.4×10-3 rad/nT，最小可探測直流磁場為0.57nT。然后，驗(yàn)證了本文提出的交流磁場測試方案，即先加高頻交

4、流調(diào)制磁場對未知的直流偏置磁場進(jìn)行測試，再通過改變螺線管上所加直流磁場使總的直流偏置磁場（螺線管上所加直流磁場和地磁場之和）保持恒定，最后利用該恒定的直流偏置磁場對交流磁場進(jìn)行測試。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)直流偏置磁場為6000nT時(shí)，系統(tǒng)交流磁場探測相位靈敏度為5.33×10-4rad/nT。由于硬件條件限制，探測交流磁場時(shí)，信號直接從前級放大器處提取，故系統(tǒng)基底噪聲較大，最小可探測交流磁場為8.9nT。
　　最后，對本文所作的工作進(jìn)行