Cảm biến từ trường có thể phát hiện thông tin từ trường trong môi trường và đóng vai trò quan trọng trong thăm dò địa chất, truyền tải điện, hàng không vũ trụ và các trường khác. Là một vật liệu nano nhạy cảm với từ tính tiên tiến, MHD không chỉ thể hiện các tính chất quang từ phong phú (như điều chỉnh chỉ số khúc xạ và hiệu ứng lưỡng chiết), mà còn tích hợp liền mạch với sợi quang vì độ trôi chảy của chất lỏng, cho thấy tiềm năng ứng dụng rộng trong trường của trường cảm nhận trường. Trong những năm gần đây, cảm biến từ trường sợi MHD đã được các nhà nghiên cứu trong và ngoài nước quan tâm rộng rãi vì khả năng can thiệp chống điện cực mạnh, khả năng chống ăn mòn, an toàn cao và hỗ trợ cho giám sát từ xa.
Hiện tại, các cấu trúc cảm biến từ trường phổ biến của sợi MHD bao gồm sợi hình nón, sợi tinh thể quang tử chứa đầy MHD [8], sợi đơn chế độ đơn chế độ và sợi sợi dài. Các cảm biến này được giải mã bằng hai phương pháp chính: phát hiện giá trị công suất và phát hiện bù bước sóng, để đạt được phép đo từ trường. Tuy nhiên, cảm biến dựa trên phát hiện giá trị công suất dễ dàng bị ảnh hưởng bởi sự dao động công suất của nguồn sáng, điều này có thể khiến lỗi đo tăng lên. Các cảm biến dựa trên phát hiện bù bước sóng dựa vào quang phổ để đo các thay đổi bước sóng, không chỉ làm tăng chi phí, mà còn yêu cầu thiết bị phân tích quang lớn hơn. Ngoài ra, các cảm biến hiện tại thường chỉ cung cấp một điểm duy nhất về khả năng đo lường.
Để giải quyết những vấn đề này, một hệ thống cảm biến từ trường sợi từ hai kênh hai kênh dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia thời gian (TDM) được đề xuất trong bài viết này. Hệ thống được thiết kế để khắc phục những hạn chế của công nghệ hiện có và cung cấp một giải pháp đo từ trường đa điểm chính xác hơn.
Nguyên tắc của hệ thống cảm biến từ trường sợi hình nón kép
Việc truyền, thu, chuyển đổi quang điện và xử lý dữ liệu của ánh sáng xung được thực hiện bằng máy đo độ phản xạ miền thời gian quang nhạy cảm pha (φ-OTDR) nằm ở bên trái của hình ảnh. Do năng lượng cao của xung ban đầu khi thiết bị φ-OTDR gửi xung kiểm tra, máy thu có thể không thể xác định chính xác hoặc xử lý tín hiệu được trả lại trong một khoảng thời gian ngắn. Để giải quyết vấn đề này, một sợi độ trễ được kết nối với đầu ra của OTDR. Quá trình làm việc cụ thể như sau: Ánh sáng xung được tạo ra bởi thiết bị φ-OTDR trước tiên được truyền qua sợi bị trì hoãn để giảm tác động của năng lượng xung ban đầu đối với xử lý tín hiệu tiếp theo.
Ánh sáng xung sau đó được ghép nối với cổng 2 của bộ tuần hoàn, được truyền qua đường quang bên trong của bộ tuần hoàn và đầu ra từ cổng 3 của bộ tuần hoàn. Tiếp theo, ánh sáng xung đi vào khớp nối 1 (OC1), trong đó 1% ánh sáng xung được phân bổ cho kênh cảm biến 1 bao gồm OC1 và OC2, trong khi 99% ánh sáng được truyền đến kênh cảm biến 2 bao gồm OC3 và OC4. Trong kênh cảm biến 1, ánh sáng xung được đưa trở lại OC2 sau khi đi qua bộ phận cảm biến (SU), trong đó 99% ánh sáng tiếp tục lưu thông trong kênh cảm biến 1 và 1% ánh sáng được truyền trở lại φ-OTDR thông qua bộ tuần hoàn. Tương tự, trong kênh cảm biến 2, ánh sáng cũng đi theo cùng một đường dẫn đến chu kỳ. Quỹ đạo của ánh sáng xung được hiển thị bằng các mũi tên trong hình. Ánh sáng xung được đạp nhiều lần trong kênh cảm biến và mỗi lần nó đi qua SU từ trường, nó sẽ trải qua một mất mát nhất định.
Sự ổn định Bài kiểm tra
Đầu tiên, trong môi trường trường không từ tính, độ dốc xung của hệ cảm biến và công suất quang đầu ra của laser được lặp lại trong 3 0 để có được độ dốc suy giảm trung bình của hệ thống, như trong hình. 4 (a). Có thể thấy rằng công suất quang đầu ra trung bình của laser là 1,21 MW và độ lệch chuẩn là 0. 051 6 MW, tương đương với 4,26% trung bình. Trong 3 0 Các thí nghiệm lặp lại, độ dốc trung bình của cảm biến Kênh 1 và Kênh 2 là -11. 57 dB/km và -18. chiếm 0,942% và 0,684% giá trị trung bình tương ứng của chúng. Điều này cho thấy ngay cả khi sức mạnh của nguồn sáng dao động, hệ thống vẫn cho thấy sự ổn định tốt và kết quả đo là đáng tin cậy.
Thứ hai, các kênh cảm biến 1 và 2 được đặt dưới cường độ từ trường không đổi là 5 mT để đánh giá độ ổn định đáp ứng của hệ thống cảm biến từ trường. Các kết quả thí nghiệm được thể hiện trong hình. 4 (b). Có thể thấy rằng độ dốc suy giảm trung bình của kênh cảm biến 1 là -14. 85 dB/km và độ lệch chuẩn là 0. 131 dB/km, tính toán cho 0. 882% của giá trị trung bình. Độ dốc suy giảm trung bình của kênh cảm biến 2 là -30. 94 dB/km và độ lệch chuẩn là 0. 315 dB/km, chiếm 1,02% giá trị trung bình. Những dữ liệu này chứng minh rằng phản ứng của hệ thống cảm biến dưới ảnh hưởng của từ trường có tính nhất quán và ổn định cao.
Một hệ thống cảm biến từ trường sợi quang thon kép sáng tạo dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia thời gian (TDM) giúp cải thiện đáng kể khả năng ghép kênh của các hệ cảm biến từ trường sợi. Hệ thống phát hiện tốc độ suy giảm của ánh sáng xung trong kênh cảm biến chính xác và kết hợp công nghệ TDM để nhận ra phép đo đồng thời từ trường đa điểm.
So với cảm biến từ trường sợi MHD truyền thống, hệ thống không chỉ có khả năng tái sử dụng mạnh hơn mà còn có khả năng chịu đựng cao hơn đối với sự biến động của nguồn sáng. Các kết quả thử nghiệm cho thấy độ nhạy từ trường của hai kênh cảm biến đạt đến -1. 09 dB/(km • MT) và -3. Những dữ liệu này cho thấy hệ thống có thể cung cấp kết quả đo độ chính xác cao trên một loạt các từ trường.
Hệ thống cảm biến có nhiều lợi thế: quy trình sản xuất đơn giản, khả năng tái sử dụng mạnh, hiệu suất nhiễu điện từ tuyệt vời, sự ổn định tốt, hỗ trợ cho giám sát từ xa, v.v. Do đó, nó đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu giám sát từ trường đa điểm từ xa, chẳng hạn như các đường truyền điện, các thiết bị cơ học lớn và các trường nghiên cứu khoa học, cho thấy triển vọng ứng dụng rộng.