摘要
磁场传感与测量在地球物理、空间科技、工业、医学、等领域有着十分广泛的应用。相对于传统磁场传感技术，基于光纤磁场传感器具有诸多优点：体积较小，可以适用于多种环境受限的区域，可以得到较高的空间分辨率；绝缘性能好，SiO2光纤本身的绝缘性就优于带电金属的传感器；抗干扰能力强，光纤传输时以光为传输信号，有非常好的抵抗电磁干扰的能力；安全性高，光纤将光约束在纤芯中且不向外辐射。本文基于磁光晶体研究了一种光纤三维磁场传感器。设计和构建了光纤三维磁场传感器传感探头，搭建了光纤三维磁场测量系统，并对矢量磁场进行了测量实验。 首先分析了三维磁场传感器中三个传感器灵敏度归一化、非正交误差产生原因及补偿原理。设计实验研究平衡光电探测器（BPD）对光信号测量输出不平衡误差对系统测量结果的影响，并通过标定补偿抑制该误差。分析了实验系统中光路内偏振态变化对磁场测量系统的影响，设计并制作了光纤消偏器加入BPD探测器前以降低外界环境变化对系统的影响。同时完成了基于三个磁场晶体传感单元光纤三维磁场传感探头的结构设计与制作。 随后，搭建实验测试系统：基于磁光晶体三个传感单元搭建了光纤三维磁场传感器；利用单一通电螺线管实现三个磁场传感探头系数归一化；利用一对通电线圈构建一维磁场对光纤三维磁场传感器系统进行三维正交标定，三轴标定精度分别为：0.19 °、0.25°、0.22°。 最后，对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器进行测试验证实验，通过一可旋转的磁场矢量，观察记录三维磁场传感器对矢量磁场强度的分辨率，且三个正交传感器测量值符合磁场转动规律；验证三维磁场传感器对磁场角度的分辨率，实验结果表明该基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器可实现0.2μT磁场强度的分辨率，0.5 °角度分辨率的磁场测量。对单个磁柱和二维磁柱阵列进行了测量，利用基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器实验获得了磁柱的磁力线分布情况。证明此基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可对空间磁场矢量实现矢量测量。
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