Ο αισθητήρας μαγνητικού πεδίου μπορεί να ανιχνεύσει πληροφορίες μαγνητικού πεδίου στο περιβάλλον και να διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στη γεωλογική εξερεύνηση, τη μετάδοση ισχύος, την αεροδιαστημική και άλλα πεδία. Ως προχωρημένο μαγνητικά ευαίσθητο νανοϋλικό, το MHD όχι μόνο παρουσιάζει πλούσιες μαγνητο-οπτικές ιδιότητες (όπως η επιρροή του δείκτη διάθλασης και η επίδραση της διχρωμίας), αλλά και απρόσκοπτα ενσωματώνονται με οπτική ίνα λόγω της υγρής ρευστότητας του, το οποίο δείχνει ευρύ δυναμικό εφαρμογής στο πεδίο της οπτικής ανίχνευσης πεδίου. Τα τελευταία χρόνια, ο αισθητήρας μαγνητικού πεδίου ινών MHD ανησυχεί ευρέως από τους ερευνητές στο εσωτερικό και στο εξωτερικό λόγω της ισχυρής αντι-ηλεκτρομαγνητικής ικανότητας παρεμβολής, της αντοχής στη διάβρωση, της υψηλής ασφάλειας και της υποστήριξης για απομακρυσμένη παρακολούθηση.
Επί του παρόντος, οι κοινές δομές αισθητήρων μαγνητικού πεδίου των ινών MHD περιλαμβάνουν κωνικές ίνες, φωτονικές ίνες κρυστάλλων γεμάτη με MHD [8], ίνες μονής λειτουργίας χωρίς διάταξη και πλέγμα ινών μακράς περιόδου. Αυτοί οι αισθητήρες αποδιαμορφώνονται με δύο κύριες μεθόδους: Ανίχνευση ανίχνευσης τιμής ισχύος και ανίχνευσης μετατόπισης μήκους κύματος, έτσι ώστε να επιτευχθεί μέτρηση μαγνητικού πεδίου. Ωστόσο, ο αισθητήρας που βασίζεται στην ανίχνευση τιμής ισχύος επηρεάζεται εύκολα από τη διακύμανση ισχύος της πηγής φωτός, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει αύξηση του σφάλματος μέτρησης. Οι αισθητήρες που βασίζονται στην ανίχνευση μετατόπισης μήκους κύματος βασίζονται σε φασματόμετρα για τη μέτρηση των αλλαγών μήκους κύματος, οι οποίες όχι μόνο αυξάνουν το κόστος, αλλά απαιτούν επίσης μεγαλύτερο εξοπλισμό οπτικής ανάλυσης. Επιπλέον, οι υπάρχοντες αισθητήρες συχνά προσφέρουν μόνο ένα μόνο σημείο δυνατότητας μέτρησης.
Για την επίλυση αυτών των προβλημάτων, σε αυτό το έγγραφο προτείνεται ένα σύστημα ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου διπλής διαύλου με βάση την τεχνολογία πολυπλεξίας διαίρεσης χρόνου (TDM). Το σύστημα έχει σχεδιαστεί για να ξεπεράσει τους περιορισμούς της υπάρχουσας τεχνολογίας και να παρέχει μια ακριβέστερη λύση μέτρησης μαγνητικού πεδίου πολλαπλών σημείων.
Αρχή του συστήματος ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου διπλού καναλιού
Η μετάδοση, η λήψη, η φωτοηλεκτρική μετατροπή και η επεξεργασία δεδομένων του παλμικού φωτός εκτελούνται από το ανακλασόμετρο πεδίου οπτικού χρόνου που είναι ευαίσθητο σε φάση (Φ-OTDR) που βρίσκεται στα αριστερά της εικόνας. Λόγω της υψηλής ενέργειας του αρχικού παλμού όταν η συσκευή Φ-OTDR στέλνει τον παλμό δοκιμής, ο δέκτης ενδέχεται να μην είναι σε θέση να εντοπίσει με ακρίβεια ή να επεξεργαστεί το επιστρεφόμενο σήμα σε σύντομο χρονικό διάστημα. Προκειμένου να λυθεί αυτό το πρόβλημα, μια ίνα καθυστέρησης συνδέεται με την έξοδο του OTDR. Η συγκεκριμένη διαδικασία εργασίας έχει ως εξής: Το παλμικό φως που παράγεται από τη συσκευή φ-OTDR διέρχεται αρχικά μέσω της καθυστερημένης ίνας για να μειώσει την επίδραση της αρχικής παλμικής ενέργειας στην επακόλουθη επεξεργασία σήματος.
Το παλμικό φως στη συνέχεια συνδέεται με τη θύρα 2 του κυκλοφορητή, που μεταδίδεται μέσω της εσωτερικής οπτικής διαδρομής του κυκλοφορητή και η έξοδος από τη θύρα 3 του κυκλοφορητή. Στη συνέχεια, το παλμικό φως εισέρχεται στο συζεύκτη 1 (OC1), όπου το 1% του παλμικού φωτός κατανέμεται στην ανίχνευση του καναλιού 1 που αποτελείται από OC1 και OC2, ενώ το 99% του φωτός μεταδίδεται στην ανίχνευση του καναλιού 2 που αποτελείται από OC3 και OC4. Στην ανίχνευση του καναλιού 1, το παλμικό φως επιστρέφεται στο OC2 μετά τη διέλευση από τη μονάδα ανίχνευσης (SU), όπου το 99% του φωτός συνεχίζει να κυκλοφορεί στην ανίχνευση του καναλιού 1 και το 1% του φωτός μεταδίδεται πίσω στον Φ-OTDR μέσω του κυκλοφορητή. Ομοίως, στην ανίχνευση του καναλιού 2, το φως ακολουθεί επίσης την ίδια διαδρομή προς τον κύκλο. Η τροχιά του παλμικού φωτός φαίνεται από τα βέλη του σχήματος. Το παλμικό φως κυκλοφορεί πολλές φορές στο κανάλι ανίχνευσης και κάθε φορά που περνάει από το μαγνητικό πεδίο SU, θα βιώσει μια ορισμένη απώλεια.
Σταθερότητα δοκιμή
Πρώτον, σε περιβάλλον μη μαγνητικού πεδίου, η κλίση παλμού του συστήματος ανίχνευσης και η οπτική ισχύς εξόδου του λέιζερ επαναλήφθηκαν για 3 0 φορές για να ληφθεί η μέση κλίση εξασθένησης του συστήματος, όπως φαίνεται στο σχ. 4 (α). Μπορεί να φανεί ότι η μέση οπτική ισχύς εξόδου του λέιζερ είναι 1,21 MW και η τυπική απόκλιση είναι 0. Σε 3 0 επαναλαμβανόμενα πειράματα, οι μέσες κλίσεις εξασθένησης του καναλιού αισθητήρα 1 και του καναλιού 2 είναι -11}}}. που αντιπροσωπεύουν 0,942% και 0,684% των αντίστοιχων μέσων τιμών τους, αντίστοιχα. Αυτό δείχνει ότι ακόμη και αν η ισχύς της πηγής φωτός κυμαίνεται, το σύστημα εξακολουθεί να παρουσιάζει καλή σταθερότητα και τα αποτελέσματα μέτρησης είναι αξιόπιστα.
Δεύτερον, τα κανάλια αισθητήρα 1 και 2 τοποθετήθηκαν κάτω από μια σταθερή ένταση μαγνητικού πεδίου 5 ΜΤ για να αξιολογηθεί η σταθερότητα απόκρισης του συστήματος ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου. Τα πειραματικά αποτελέσματα φαίνονται στο ΣΧ. 4 (β). Μπορεί να φανεί ότι η μέση κλίση εξασθένησης του καναλιού ανίχνευσης 1 είναι -14 85 dB/km και η τυπική απόκλιση είναι 0. Η μέση κλίση εξασθένησης του καναλιού αισθητήρα 2 είναι -30. 94 dB/km, και η τυπική απόκλιση είναι 0 315 dB/km, που αντιπροσωπεύει το 1,02% της μέσης τιμής. Αυτά τα δεδομένα αποδεικνύουν ότι η απόκριση του συστήματος αισθητήρων υπό την επίδραση του μαγνητικού πεδίου έχει υψηλή συνέπεια και σταθερότητα.
Ένα καινοτόμο σύστημα ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου διπλού καναλιού με βάση την τεχνολογία πολυπλεξίας διαίρεσης χρόνου (TDM) βελτιώνει σημαντικά την ικανότητα πολυπλεξίας των συστημάτων ανίχνευσης μαγνητικού πεδίου ινών. Το σύστημα ανιχνεύει το ποσοστό εξασθένησης του παλμικού φωτός στο κανάλι ανίχνευσης και συνδυάζει την τεχνολογία TDM για να πραγματοποιήσει την ταυτόχρονη μέτρηση του μαγνητικού πεδίου πολλαπλών σημείων.
Σε σύγκριση με τον παραδοσιακό αισθητήρα μαγνητικού πεδίου ινών MHD, το σύστημα όχι μόνο έχει ισχυρότερη ικανότητα επαναχρησιμοποίησης, αλλά έχει επίσης υψηλότερη ανοχή στην διακύμανση ισχύος της πηγής φωτός. Τα πειραματικά αποτελέσματα δείχνουν ότι η ευαισθησία του μαγνητικού πεδίου των δύο καναλιών ανίχνευσης φτάνει -1. 09 dB/(km • mt) και -3. Αυτά τα δεδομένα δείχνουν ότι το σύστημα μπορεί να παρέχει υψηλά αποτελέσματα μέτρησης ακριβείας σε ένα ευρύ φάσμα μαγνητικών πεδίων.
Το σύστημα αισθητήρων έχει πολλά πλεονεκτήματα: απλή διαδικασία παραγωγής, ισχυρή ικανότητα επαναχρησιμοποίησης, εξαιρετική αντι-ηλεκτρομαγνητική απόδοση παρεμβολών, καλή σταθερότητα, υποστήριξη για απομακρυσμένη παρακολούθηση και ούτω καθεξής. Ως εκ τούτου, είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για εφαρμογές που απαιτούν απομακρυσμένη παρακολούθηση μαγνητικού πεδίου πολλαπλών σημείων, όπως γραμμές μετάδοσης ισχύος, μεγάλες μηχανικές συσκευές και πεδία επιστημονικής έρευνας, που παρουσιάζουν ευρείες προοπτικές εφαρμογής.