Manyetik alan sensörü, ortamdaki manyetik alan bilgilerini tespit edebilir ve jeolojik keşif, güç iletimi, havacılık ve diğer alanlarda önemli bir rol oynar. Gelişmiş manyetik olarak hassas bir nanomalzeme olarak MHD, sadece zengin manyeto-optik özellikler (kırılma indeks ayarlanabilirliği ve çift kırılma etkisi gibi) sergilemekle kalmaz, aynı zamanda optik manyetik alan algılama alanında geniş uygulama potansiyeli gösteren sıvı akışkanlığı nedeniyle optik fiberle sorunsuz bir şekilde entegre olur. Son yıllarda, MHD fiber manyetik alan sensörü, güçlü anti-elektromanyetik parazit yeteneği, korozyon direnci, yüksek güvenlik ve uzaktan izleme desteği nedeniyle yurtiçinde ve yurtdışında araştırmacılar tarafından büyük ölçüde endişe duymaktadır.
Şu anda, MHD lifinin ortak manyetik alan sensörü yapıları konik fiber, MHD [8] ile doldurulmuş fotonik kristal fiber, tek modlu olmayan tek modlu fiber ve uzun süreli fiber ızgarayı içerir. Bu sensörler iki ana yöntemle demodüle edilir: manyetik alan ölçümü elde etmek için güç değeri algılama ve dalga boyu ofset algılama. Bununla birlikte, güç değeri algılamasına dayanan sensör, ışık kaynağının güç dalgalanmasından kolayca etkilenir, bu da ölçüm hatasının artmasına neden olabilir. Dalga boyu ofset algılamasına dayanan sensörler, sadece maliyeti arttırmakla kalmayıp aynı zamanda daha büyük optik analiz ekipmanı gerektiren dalga boyu değişikliklerini ölçmek için spektrometrelere dayanır. Ek olarak, mevcut sensörler genellikle sadece tek bir ölçüm yeteneği sunar.
Bu problemleri çözmek için, bu makalede zaman bölümü çoğullama (TDM) teknolojisine dayanan çift kanallı konik fiber manyetik alan algılama sistemi önerilmektedir. Sistem, mevcut teknolojinin sınırlamalarının üstesinden gelmek ve daha doğru, çok noktalı manyetik alan ölçüm çözümü sağlamak için tasarlanmıştır.
Çift kanallı konik fiber manyetik alan algılama sistemi prensibi
Darbeli ışığın iletimi, alımı, fotoelektrik dönüşümü ve veri işleme, görüntünün solunda bulunan faza duyarlı optik zaman alanı yansıtıcılığı (φ-oTDR) ile gerçekleştirilir. Φ-OTDR cihazı test darbesini gönderdiğinde, ilk darbenin yüksek enerjisi nedeniyle, alıcı dönen sinyali kısa bir süre içinde doğru bir şekilde tanımlayamayabilir veya işleyemeyebilir. Bu sorunu çözmek için, OTDR'nin çıkışına bir gecikme fiberi bağlanır. Spesifik çalışma işlemi aşağıdaki gibidir: φ-OTDR cihazı tarafından üretilen darbeli ışık, ilk nabız enerjisinin sonraki sinyal işleme üzerindeki etkisini azaltmak için gecikmiş fiberden geçirilir.
Darbeli ışık daha sonra sirkülatörün 2 bağlantı noktasına bağlanır, sirkülatörün dahili optik yolundan iletilir ve sirkülatörün 3 bağlantı noktasından çıktı. Daha sonra, darbeli ışık, darbeli ışığın% 1'inin OC1 ve OC2'den oluşan algılama kanalına tahsis edilirken, ışığın% 99'u OC3 ve OC4'ten oluşan algılama kanalı 2'ye iletilir. Algılama kanalı 1'de, darbeli ışık algılama ünitesinden (SU) geçtikten sonra OC2'ye döndürülür, burada ışığın% 99'u kanal 1 algılamasında dolaşmaya devam eder ve ışığın% 1'i sirkülatör aracılığıyla φ-OTDR'ye geri iletilir. Benzer şekilde, kanal 2 algılamasında, ışık da aynı döngü yolu izler. Darbeli ışığın yörüngesi, şekildeki oklarla gösterilmiştir. Darbeli ışık algılama kanalında birçok kez bisiklete biner ve manyetik alan SU'dan her geçtiğinde belirli bir kayıp yaşar.
İstikrar test
İlk olarak, manyetik olmayan bir alan ortamında, Şekil 1'de gösterildiği gibi sistemin ortalama zayıflama eğimini elde etmek için algılama sisteminin darbe eğimi ve lazerin çıkış optik gücü 3 0 kez tekrarlandı. 4 (a). Lazerin ortalama çıkış optik gücünün 1.21 MW olduğu ve standart sapmanın 0 olduğu görülebilir. 3 0 tekrarlanan deneylerde, sensör kanalı 1 ve kanal 2'nin ortalama zayıflama eğimleri sırasıyla -11. İlgili ortalama değerlerinin sırasıyla% 0.942 ve% 0.684'ü oluşturur. Bu, ışık kaynağının gücü dalgalansa bile, sistemin hala iyi stabilite gösterdiğini ve ölçüm sonuçlarının güvenilir olduğunu göstermektedir.
İkincisi, sensör kanalları 1 ve 2, manyetik alan algılama sisteminin yanıt stabilitesini değerlendirmek için 5 mt'lik sabit bir manyetik alan yoğunluğu altına yerleştirildi. Deneysel sonuçlar Şek. 4 (b). Kanal 1'in ortalama zayıflama eğiminin -14. 85 dB/km olduğu ve standart sapmanın 0 olduğunu 0. 131 db/km olduğu görülebilir. Sensör kanalı 2'nin ortalama zayıflama eğimi -30. 94 dB/km'dir ve standart sapma 0. 315 dB/km'dir. Bu veriler, sensör sisteminin manyetik alanın etkisi altındaki tepkisinin yüksek tutarlılığa ve stabiliteye sahip olduğunu kanıtlamaktadır.
Zaman bölümü çoğullama (TDM) teknolojisine dayanan yenilikçi bir çift kanallı konik fiber manyetik alan algılama sistemi, fiber manyetik alan algılama sistemlerinin çoğullama kapasitesini önemli ölçüde artırır. Sistem, algılama kanalındaki darbeli ışığın zayıflama oranını tam olarak tespit eder ve çok noktalı manyetik alanın eşzamanlı ölçümünü gerçekleştirmek için TDM teknolojisini birleştirir.
Geleneksel MHD fiber manyetik alan sensörü ile karşılaştırıldığında, sistem sadece daha güçlü yeniden kullanım kapasitesine sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda ışık kaynağının güç dalgalanmasına daha yüksek toleransa sahiptir. Deneysel sonuçlar, iki algılama kanalının manyetik alan duyarlılığının -1. 09 db/(km • mt) ve -3. Bu veriler, sistemin çok çeşitli manyetik alanlarda yüksek hassasiyetli ölçüm sonuçları sağlayabildiğini göstermektedir.
Sensör sisteminin birçok avantajı vardır: basit üretim süreci, güçlü yeniden kullanım yeteneği, mükemmel anti-elektromanyetik girişim performansı, iyi stabilite, uzaktan izleme desteği vb. Bu nedenle, özellikle geniş uygulama beklentileri gösteren güç iletim hatları, büyük mekanik cihazlar ve bilimsel araştırma alanları gibi uzaktan noktalı manyetik alan izleme gerektiren uygulamalar için özellikle uygundur.