A mágneses mező -érzékelő képes felismerni a mágneses mező információkat a környezetben, és fontos szerepet játszik a geológiai feltárásban, az energiaátvitelben, az űrrepülésben és más területeken. Fejlett mágnesesen érzékeny nanomatermékként az MHD nemcsak gazdag mágneses-optikai tulajdonságokat mutat (például törésmutató-hangolhatóság és kettős töréshatás), hanem zökkenőmentesen integrálódik az optikai szálakkal folyékony folyékonyságának köszönhetően, amely széles körű alkalmazási potenciált mutat az optikai mágneses mező érzékelésének területén. Az utóbbi években az MHD szálas mágneses mező érzékelőjét széles körben aggasztja a kutatók otthon és külföldön, mivel erős antielektromágneses interferencia-képessége, korrózióállóság, magas biztonság és támogatás a távirányításhoz.
Jelenleg az MHD rost mágneses mező-érzékelő szerkezete közé tartozik a kúpos rost, az MHD-vel töltött fotonikus kristályszál [8], egy mode-coreless egy üzemmódú rost és a hosszú periódus rostrács. Ezeket az érzékelőket két fő módszer demodulálja: az energiaérték -észlelés és a hullámhossz -eltolás észlelése, hogy elérjék a mágneses mező mérését. Az energiaérték -észlelésen alapuló érzékelőt azonban a fényforrás teljesítményingadozása könnyen befolyásolja, ami a mérési hiba növekedését okozhatja. A hullámhossz -eltolás észlelésén alapuló érzékelők a spektrométerekre támaszkodnak a hullámhossz -változások mérésére, ami nemcsak növeli a költségeket, hanem nagyobb optikai elemző berendezéseket is igényel. Ezenkívül a meglévő érzékelők gyakran csak egyetlen mérési képességet kínálnak.
E problémák megoldása érdekében ebben a cikkben javasolunk egy kétcsatornás kúpos rostmágneses mező-érzékelő rendszert, amely az időosztály multiplexelés (TDM) technológián alapul. A rendszert úgy tervezték, hogy legyőzze a meglévő technológia korlátozásait, és pontosabb, többpontos mágneses mező mérési megoldást biztosítson.
A kétcsatornás kúpos rost mágneses mező -érzékelő rendszer alapelve
Az impulzusos fény átvitelét, fogadását, fotoelektromos átalakítását és adatfeldolgozását a kép bal oldalán található fázis-érzékeny optikai időtartomány reflektométerrel (φ-OTDR) hajtjuk végre. A kezdeti impulzus nagy energiájának köszönhetően, amikor a φ-OTDR eszköz elküldi a teszt impulzusát, a vevő nem tudja pontosan azonosítani vagy feldolgozni a visszaküldött jelet rövid időn belül. A probléma megoldása érdekében egy késleltetési rost csatlakozik az OTDR kimenetéhez. A specifikus munkafolyamat a következő: Az φ-OTDR eszköz által generált impulzusos fényt először átadják a késleltetett szálon, hogy csökkentsék a kezdeti impulzus energia hatását a későbbi jelfeldolgozásra.
Az impulzusos lámpát ezután a keringatulatú 2. portjához csatlakoztatják, a keringatulatú belső optikai útján továbbítják, és a keringatáns 3. portjából származnak. Ezután az impulzusos fény belép az 1 -es párosra (OC1), ahol az impulzusos fény 1% -át az OC1 -ből és az OC2 -ből álló érzékelő csatornára osztják, míg a fény 99% -át az OC3 -ból és OC4 -ből álló érzékelő csatornára terjesztik. Az 1. csatorna érzékelő csatornájában az impulzusos fény visszatér az OC2-hez, miután áthalad az érzékelő egységen (SU), ahol a fény 99% -a továbbra is kering, és a fény 1% -át a φ-OTDR-hez továbbítják a keringetőn keresztül. Hasonlóképpen, a 2. csatorna érzékelő csatornájában a fény ugyanazt a ciklushoz vezet. Az impulzusos fény pályáját az ábrán látható nyilak mutatják. Az impulzusos fényt sokszor kerékpároznak az érzékelő csatornában, és minden alkalommal, amikor áthalad a su mágneses mezőn, bizonyos veszteséget fog tapasztalni.
Stabilitás teszt
Először, egy nem mágneses mező környezetben az érzékelő rendszer impulzusának lejtését és a lézer kimeneti optikai teljesítményét 3 0 alkalommal megismételtük, hogy megkapjuk a rendszer átlagos csillapítási lejtését, amint az az ábrán látható. 4 (a). Látható, hogy a lézer átlagos kimeneti optikai teljesítménye 1,21 MW, és a szórás 0. 051 6 MW, ami az átlag 4,26% -ának felel meg. A 3 0 ismételt kísérletekben az 1. és a 2. csatorna átlagos csillapítási lejtője -11. 57 dB/km és -18. A megfelelő átlagértékek 0,942% -át és 0,684% -át teszik ki. Ez azt mutatja, hogy még ha a fényforrás ereje is ingadozik, a rendszer továbbra is jó stabilitást mutat, és a mérési eredmények megbízhatóak.
Másodszor, az 1. és 2. érzékelőcsatornát 5 mt állandó mágneses mező intenzitása alatt helyeztük el a mágneses mező érzékelő rendszer válaszstabilitásának értékelésére. A kísérleti eredményeket az ábra mutatja. 4 (b). Látható, hogy az érzékelő 1. csatorna átlagos csillapítási lejtése -14. 85 dB/km, és a szórás 0. A 2. érzékelő csatorna átlagos csillapítási lejtése -30. 94 dB/km, és a szórás 0. Ezek az adatok bizonyítják, hogy az érzékelő rendszer mágneses mező hatása alatt történő válasza nagy következetességgel és stabilitással rendelkezik.
Az innovatív kétcsatornás kúpos rostmágneses mező-érzékelő rendszer az időosztály multiplexing (TDM) technológián alapul, és jelentősen javítja a rost mágneses mező érzékelő rendszerek multiplexelési képességét. A rendszer pontosan felismeri az impulzusos fény csillapítási sebességét az érzékelő csatornában, és egyesíti a TDM technológiát a többpontos mágneses mező egyidejű mérésének megvalósításához.
A hagyományos MHD szálas mágneses mező érzékelőjével összehasonlítva a rendszer nemcsak erősebb újrafelhasználási képességgel rendelkezik, hanem nagyobb toleranciával is rendelkezik a fényforrás teljesítményingadozásával szemben is. A kísérleti eredmények azt mutatják, hogy a két érzékelő csatorna mágneses mező -érzékenysége eléri a -1. 09 dB/(km • mt) és -3. Ezek az adatok azt mutatják, hogy a rendszer nagy pontosságú mérési eredményeket tud biztosítani a mágneses mezők széles skáláján.
Az érzékelő rendszernek számos előnye van: egyszerű termelési folyamat, erős újrafelhasználási képesség, kiváló anti-elektromágneses interferencia teljesítmény, jó stabilitás, támogatás a távirányítókhoz és így tovább. Ezért különösen alkalmas a távoli többpontú mágneses mező megfigyelését igénylő alkalmazásokhoz, például az energiaátviteli vezetékeket, a nagy mechanikus eszközöket és a tudományos kutatási területeket, amelyek széles körű alkalmazási kilátásokat mutatnak.