سنسور میدان مغناطیسی می تواند اطلاعات میدان مغناطیسی را در محیط تشخیص دهد و نقش مهمی در اکتشاف زمین شناسی ، انتقال نیرو ، هوافضا و سایر زمینه ها ایفا می کند. به عنوان یک نانومواد حساس مغناطیسی ، MHD نه تنها خصوصیات غنی از مغناطیس نوری (مانند تنظیم شاخص انکسار و اثر ضد نقصی) را نشان می دهد ، بلکه به دلیل سیالیت مایع آن ، یکپارچه با فیبر نوری ادغام می شود ، که پتانسیل کاربرد گسترده ای را در زمینه سنجش میدان مغناطیسی نوری نشان می دهد. در سالهای اخیر ، سنسور میدان مغناطیسی فیبر MHD به دلیل توانایی تداخل ضد الکترومغناطیسی قوی ، مقاومت در برابر خوردگی ، ایمنی زیاد و پشتیبانی از نظارت از دور ، مورد توجه محققان در داخل و خارج از کشور قرار گرفته است.
در حال حاضر ، ساختار سنسور میدان مغناطیسی رایج فیبر MHD شامل فیبر مخروطی ، فیبر کریستال فوتونیک پر از MHD [8] ، فیبر تک حالت تک حالت و توری فیبر طولانی است. این سنسورها با دو روش اصلی از بین می روند: تشخیص مقدار قدرت و تشخیص جبران طول موج ، به منظور دستیابی به اندازه گیری میدان مغناطیسی. با این حال ، سنسور مبتنی بر تشخیص مقدار قدرت به راحتی تحت تأثیر نوسانات قدرت منبع نور قرار می گیرد ، که ممکن است باعث افزایش خطای اندازه گیری شود. سنسورهای مبتنی بر تشخیص جبران طول موج برای اندازه گیری تغییرات طول موج به طیف سنج ها متکی هستند ، که نه تنها هزینه را افزایش می دهد ، بلکه به تجهیزات آنالیز نوری بزرگتر نیز نیاز دارد. علاوه بر این ، سنسورهای موجود اغلب فقط یک نقطه از توانایی اندازه گیری را ارائه می دهند.
برای حل این مشکلات ، یک سیستم سنجش میدان مغناطیسی فیبر دو کانال بر اساس فناوری Multiplexing Division Division (TDM) در این مقاله ارائه شده است. این سیستم برای غلبه بر محدودیت های فناوری موجود و ارائه یک راه حل دقیق تر اندازه گیری مغناطیسی چند نقطه ای طراحی شده است.
اصل سیستم سنجش میدان مغناطیسی فیبر مخروطی کانال دوگانه
انتقال ، پذیرش ، تبدیل فوتوالکتریک و پردازش داده های نور پالس توسط بازتاب سنج دامنه زمان نوری حساس به فاز (φ-OTDR) واقع در سمت چپ تصویر انجام می شود. با توجه به انرژی بالای پالس اولیه هنگامی که دستگاه φ-OTDR پالس آزمایش را ارسال می کند ، گیرنده ممکن است نتواند سیگنال برگشتی را در یک بازه زمانی کوتاه شناسایی یا پردازش کند. به منظور حل این مشکل ، یک فیبر تأخیر به خروجی OTDR وصل می شود. فرآیند کار خاص به شرح زیر است: چراغ پالس تولید شده توسط دستگاه φ-OTDR ابتدا از طریق فیبر تأخیر عبور می کند تا تأثیر انرژی پالس اولیه را بر پردازش سیگنال بعدی کاهش دهد.
سپس نور پالس به بندر 2 از گردش خون ، از طریق مسیر نوری داخلی گردش دهنده منتقل می شود و از پورت 3 گردشگر خارج می شود. در مرحله بعد ، نور پالس شده وارد کوپلر 1 (OC1) می شود ، که در آن 1 ٪ از نور پالس به کانال سنجش 1 متشکل از OC1 و OC2 اختصاص می یابد ، در حالی که 99 ٪ از نور به کانال سنجی 2 متشکل از OC3 و OC4 منتقل می شود. در کانال سنجش 1 ، نور پالس پس از عبور از واحد سنجش (SU) به OC2 بازگردانده می شود ، جایی که 99 ٪ از نور همچنان در کانال سنجش 1 به گردش می رود و 1 ٪ از نور از طریق گردش خون به φ-OTDR منتقل می شود. به طور مشابه ، در سنجش کانال 2 ، نور نیز همان مسیر چرخه را دنبال می کند. مسیر نور پالس توسط فلش های موجود در شکل نشان داده شده است. نور پالس بارها در کانال سنجش دوچرخه سواری می شود و هر بار که از میدان مغناطیسی عبور می کند ، از دست دادن خاصی را تجربه می کند.
ثبات تست
اول ، در یک محیط میدان غیر مغناطیسی ، شیب پالس سیستم سنجش و قدرت نوری خروجی لیزر برای 3 {5}} بار تکرار شد تا شیب متوسط میرایی سیستم را بدست آورید ، همانطور که در شکل نشان داده شده است. 4 (الف). مشاهده می شود که میانگین قدرت نوری خروجی لیزر 1.21 مگاوات است و انحراف استاندارد {16}}}. {6} MW است که معادل 4.26 ٪ از میانگین است. در 3 0 آزمایش های مکرر ، میانگین دامنه میرایی کانال سنسور 1 و کانال 2 -11. 57 db/km و {{14}. 117 dB/km و انحرافات استاندارد مربوطه {{2 {{22 {22 {22}}}}} به ترتیب 0.942 ٪ و 0.684 ٪ از میانگین مقادیر مربوطه خود را تشکیل می دهند. این نشان می دهد که حتی اگر قدرت منبع نور در حال نوسان باشد ، سیستم هنوز ثبات خوبی را نشان می دهد و نتایج اندازه گیری قابل اعتماد است.
ثانیا ، کانال های سنسور 1 و 2 تحت شدت میدان مغناطیسی ثابت 5 MT برای ارزیابی پایداری پاسخ سیستم سنجش میدان مغناطیسی قرار گرفتند. نتایج تجربی در شکل نشان داده شده است. 4 (ب). مشاهده می شود که میانگین شیب میرایی کانال سنجش 1 {5}}. 85 dB/km است ، و انحراف استاندارد {7}}}. 131 dB/km است که برای {9}}}} 882 ٪ از مقدار متوسط است. میانگین شیب میرایی کانال سنسور 2 {12}}. 94 dB/km است و انحراف استاندارد {14}} 315 dB/km است که 1.02 ٪ از میانگین مقدار را تشکیل می دهد. این داده ها ثابت می کنند که پاسخ سیستم سنسور تحت تأثیر میدان مغناطیسی از قوام و ثبات بالایی برخوردار است.
یک سیستم سنجش میدان مغناطیسی فیبر دو کانال نوآورانه مبتنی بر فناوری چند برابر تقسیم زمان (TDM) به طور قابل توجهی توانایی چند برابر سیستم های سنجش میدان مغناطیسی فیبر را بهبود می بخشد. این سیستم میزان میرایی نور پالس شده را در کانال سنجش دقیقاً تشخیص می دهد و فناوری TDM را برای تحقق اندازه گیری همزمان میدان مغناطیسی چند نقطه ای ترکیب می کند.
در مقایسه با سنسور میدان مغناطیسی فیبر MHD سنتی ، این سیستم نه تنها از قابلیت استفاده مجدد قوی تر برخوردار است ، بلکه تحمل بیشتری نسبت به نوسان قدرت منبع نور دارد. نتایج تجربی نشان می دهد که حساسیت میدان مغناطیسی دو کانال سنجش به -1. 09 dB/(km • mt) و {2}} 466 dB/(km • mt) به ترتیب در محدوده شدت میدان 3 ~ 14 mt و 2 ~ 7 mt می رسد. این داده ها نشان می دهد که این سیستم می تواند نتایج اندازه گیری دقت بالایی را در طیف گسترده ای از میدان های مغناطیسی ارائه دهد.
سیستم سنسور مزایای بسیاری دارد: فرآیند تولید ساده ، توانایی استفاده مجدد شدید ، عملکرد تداخل ضد الکترومغناطیسی عالی ، پایداری خوب ، پشتیبانی از نظارت از راه دور و غیره. بنابراین ، به ویژه برای برنامه هایی که نیاز به نظارت بر میدان مغناطیسی چند نقطه ای از راه دور دارند ، مانند خطوط انتقال نیرو ، دستگاه های بزرگ مکانیکی و زمینه های تحقیقاتی علمی مناسب است و چشم انداز کاربردهای گسترده ای را نشان می دهد.