자기장 센서는 환경에서 자기장 정보를 감지 할 수 있으며 지질 탐사, 전력 전송, 항공 우주 및 기타 분야에서 중요한 역할을합니다. 고급 자기 민감한 나노 물질로서, MHD는 풍부한 자기-광학 특성 (예 : 굴절률 조정성 및 복굴절 효과와 같은)을 나타내는 것뿐만 아니라 액체 유동성으로 인해 광섬유와 완벽하게 통합되며, 이는 광학 자기장의 민감한 분야에서 광범위한 적용 전위를 보여줍니다. 최근에 MHD 섬유 자기장 센서는 강력한 항 전자기 간섭 능력, 부식성, 높은 안전성 및 원격 모니터링 지원으로 인해 국내 및 해외 연구자들에 의해 널리 우려 해 왔습니다.
현재, MHD 섬유의 공통 자기장 센서 구조에는 원뿔형 섬유, MHD로 채워진 광섬유, 단일 모드-코어이없는 단일 모드 섬유 및 장거리 섬유 격자로 채워진 광 결정 섬유가 포함됩니다. 이 센서는 자기장 측정을 달성하기 위해 전력 값 감지 및 파장 오프셋 감지의 두 가지 주요 방법으로 디화됩니다. 그러나 전력 값 감지에 기초한 센서는 광원의 전력 변동에 의해 쉽게 영향을 받기 때문에 측정 오류가 증가 할 수 있습니다. 파장 오프셋 감지에 기초한 센서는 분광기에 의존하여 파장 변화를 측정하여 비용을 증가시킬뿐만 아니라 더 큰 광학 분석 장비가 필요합니다. 또한 기존 센서는 종종 단일 측정 기능 만 제공합니다.
이러한 문제를 해결하기 위해이 논문에서는 TDM (Time Division Multiplexing) 기술을 기반으로 한 듀얼 채널 테이퍼 섬유 자기장 감지 시스템이 제안됩니다. 이 시스템은 기존 기술의 한계를 극복하고보다 정확한 멀티 포인트 자기장 측정 솔루션을 제공하도록 설계되었습니다.
이중 채널 원리 원뿔 섬유 자기장 감지 시스템
펄스 라이트의 전송, 수신, 광전 변환 및 데이터 처리는 이미지의 왼쪽에 위치한 위상에 민감한 광학 시간 도메인 반사계 (φ-OTDR)에 의해 수행됩니다. φ-OTDR 장치가 테스트 펄스를 보낼 때 초기 펄스의 높은 에너지로 인해 수신기는 짧은 시간 내에 반환 된 신호를 정확하게 식별하거나 처리하지 못할 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해 지연 섬유가 OTDR의 출력에 연결됩니다. 특정 작업 프로세스는 다음과 같습니다. φ-OTDR 장치에 의해 생성 된 펄스 광은 먼저 지연된 섬유를 통과하여 초기 펄스 에너지가 후속 신호 처리에 미치는 영향을 줄입니다.
이어서, 펄스 빛은 순환기의 포트 2에 결합하고, 순환기의 내부 광 경로를 통해 전송되고, 순환기의 포트 3으로부터 출력된다. 다음으로, 펄스 빛은 커플러 1 (OC1)으로 들어가며, 여기서 펄스 광의 1%는 OC1 및 OC2로 구성된 감지 채널 1에 할당되는 반면, 빛의 99%는 OC3 및 OC4로 구성된 감지 채널 2로 전달된다. 감지 채널 1에서, 감지 유닛 (SU)을 통과 한 후 펄스 빛을 OC2로 되돌립니다. 여기서 빛의 99%가 감지 채널 1에서 계속 순환되고, 빛의 1%는 순환기를 통해 φ-OTDR로 다시 전달됩니다. 마찬가지로, 감지 채널 2에서, 빛은 또한 동일한 경로를 따릅니다. 펄스 빛의 궤적은 그림의 화살표로 표시됩니다. 펄스 라이트는 감지 채널에서 여러 번 순환되며 자기장 SU를 통과 할 때마다 특정 손실이 발생합니다.
안정 시험
먼저, 비자 성 필드 환경에서, 감지 시스템의 펄스 기울기와 레이저의 출력 광학 전력은 그림의 평균 감쇠 기울기를 얻기 위해 3 0 시간 동안 반복되었다. 4 (a). 레이저의 평균 출력 광 전력은 1.21 MW이고 표준 편차는 0입니다. 051 6 MW는 평균의 4.26%에 해당합니다. 3 0 반복 실험에서 센서 채널 1 및 채널 2의 평균 감쇠 경사는 -11. 57 db/km 및 -18. 117 db/km이며, 상응하는 표준 편차는 {{2 {22}}}}. 각각의 평균값의 0.942% 및 0.684%를 차지합니다. 이것은 광원의 전력이 변동 되더라도 시스템은 여전히 우수한 안정성을 보여주고 측정 결과는 신뢰할 수 있음을 보여줍니다.
둘째, 센서 채널 1 및 2는 자기장 감지 시스템의 응답 안정성을 평가하기 위해 5 mt의 일정한 자기장 강도하에 배치되었다. 실험 결과는도 1에 도시되어있다. 4 (b). 감지 채널 1의 평균 감쇠 기울기는 -14. 85 db/km이고 표준 편차는 0. 131 db/km이며 0. 평균값의 882%임을 알 수 있습니다. 센서 채널 2의 평균 감쇠 기울기는 -30. 94 db/km이며 표준 편차는 0. 315 db/km이며 평균값의 1.02%를 차지합니다. 이 데이터는 자기장의 영향 하에서 센서 시스템의 응답이 일관성과 안정성이 높다는 것을 증명합니다.
TDM (Time Division Multiplexing) 기술을 기반으로 한 혁신적인 듀얼 채널 테이퍼 섬유 자기장 감지 시스템은 섬유 자기장 감지 시스템의 멀티플렉싱 기능을 크게 향상시킵니다. 이 시스템은 감지 채널에서 펄스 라이트의 감쇠 속도를 정확하게 감지하고 TDM 기술을 결합하여 멀티 포인트 자기장의 동시 측정을 실현합니다.
기존의 MHD 섬유 자기장 센서와 비교할 때, 시스템은 더 강한 재사용 기능뿐만 아니라 광원의 전력 변동에 대한 공차가 더 높습니다. 실험 결과는 두 감지 채널의 자기장 감도가 -1. 09 db/(km • mt) 및 -3. 466 db/(km • mt)에 도달 함을 보여줍니다. 3 ~ 14 mt 및 2 ~ 7 mt. 이 데이터는 시스템이 광범위한 자기장에 걸쳐 높은 정밀도 측정 결과를 제공 할 수 있음을 보여줍니다.
센서 시스템에는 간단한 생산 공정, 강력한 재사용 능력, 우수한 항 전자기 간섭 성능, 우수한 안정성, 원격 모니터링 지원 등이 있습니다. 따라서 전력 전송 라인, 대형 기계 장치 및 과학 연구 분야와 같은 원격 다중 점 자기장 모니터링이 필요한 응용 분야에 특히 적합합니다.