يمكن لمستشعر المجال المغناطيسي اكتشاف معلومات المجال المغناطيسي في البيئة ، ويلعب دورًا مهمًا في الاستكشاف الجيولوجي ونقل الطاقة والفضاء وغيرها من المجالات. باعتبارها مادة نانوية حساسة مغناطيسيًا ، لا تُظهر MHD خصائص مغناطيسية غنية (مثل توكل مؤشر الانكسار وتأثير الانحراف) ، ولكن أيضًا يتكامل بشكل سلس مع الألياف البصرية بسبب سيالته السائلة ، مما يدل على إمكانات تطبيق واسعة في مجال استشعار المجال المغناطيسي البصري. في السنوات الأخيرة ، كان مستشعر المجال المغناطيسي من الألياف MHD مهتمة على نطاق واسع من قبل الباحثين في الداخل والخارج بسبب قدرته القوية على التداخل المضاد للأمراض المغناطيسية ، ومقاومة التآكل ، وسلامة عالية ودعم المراقبة عن بُعد.
في الوقت الحاضر ، تشمل هياكل مستشعر المجال المغناطيسي الشائعة لألياف MHD الألياف المخروطية والألياف البلورية الضوئية المملوءة بـ MHD [8] والألياف الواحدة الواحدة أحادية الوضع وألياف الألياف الطويلة. يتم تقسيم هذه المستشعرات عن طريق طريقتين رئيسيتين: الكشف عن قيمة الطاقة والكشف عن إزاحة الطول الموجي ، وذلك لتحقيق قياس المجال المغناطيسي. ومع ذلك ، يتأثر المستشعر القائم على الكشف عن قيمة الطاقة بسهولة بتقلب الطاقة لمصدر الضوء ، مما قد يتسبب في زيادة خطأ القياس. تعتمد أجهزة الاستشعار المستندة إلى اكتشاف إزاحة الطول الموجي على أجهزة الطيف لقياس تغييرات الطول الموجي ، مما لا يزيد التكلفة فحسب ، بل يتطلب أيضًا معدات تحليل بصرية أكبر. بالإضافة إلى ذلك ، غالبًا ما توفر المستشعرات الموجودة نقطة واحدة فقط من قدرة القياس.
لحل هذه المشكلات ، يتم اقتراح نظام استشعار المجال المغناطيسي الألياف المزدوج قناة ثنائية القناة استنادًا إلى تقنية تعدد الإرسال (TDM) في هذه الورقة. تم تصميم النظام للتغلب على قيود التكنولوجيا الحالية وتوفير محلول قياس المجال المغناطيسي أكثر دقة ومتعددة النقاط.
مبدأ نظام استشعار المجال المغناطيسي الألياف المزدوجة القناة
يتم تنفيذ ناقل الحركة والاستقبال والتحويل الكهروضوئي ومعالجة البيانات للضوء النبضي من خلال مقياس انعكاس مجال الوقت الضوئي الحساس للمرحلة (φ-OTDR) الموجود على يسار الصورة. نظرًا للطاقة العالية للنبض الأولي عندما يرسل جهاز φ-OTDR نبض الاختبار ، قد لا يتمكن المتلقي من تحديد أو معالجة الإشارة التي تم إرجاعها بدقة في فترة زمنية قصيرة. من أجل حل هذه المشكلة ، يتم توصيل ألياف التأخير بإخراج OTDR. عملية العمل المحددة هي كما يلي: يتم تمرير الضوء النبضي الناتج عن جهاز φ-OTDR من خلال الألياف المتأخرة لتقليل تأثير طاقة النبض الأولية على معالجة الإشارات اللاحقة.
ثم يقترن الضوء النبضي بالمنفذ 2 من الدورة الدموية ، ويتم نقله عبر المسار البصري الداخلي للدورة الدموية ، والإخراج من المنفذ 3 من الدورة الدموية. بعد ذلك ، يدخل الضوء النبضي إلى مقرن 1 (OC1) ، حيث يتم تخصيص 1 ٪ من الضوء النبضي لقناة الاستشعار 1 التي تتكون من OC1 و OC2 ، بينما يتم نقل 99 ٪ من الضوء إلى القناة الاستشعار 2 التي تتكون من OC3 و OC4. في القناة 1 ، يتم إرجاع الضوء النبضي إلى OC2 بعد المرور عبر وحدة الاستشعار (SU) ، حيث يستمر 99 ٪ من الضوء في الدوران في القناة 1 ، ويتم إرسال 1 ٪ من الضوء إلى φ-OTDR عبر الدورة الدموية. وبالمثل ، في القناة 2 ، يتبع الضوء أيضًا نفس المسار إلى الدورة. يظهر مسار الضوء النبضي بواسطة الأسهم في الشكل. يتم تدوير الضوء النبضي عدة مرات في قناة الاستشعار ، وفي كل مرة يمر عبر المجال المغناطيسي SU ، سوف يختبر خسارة معينة.
استقرار امتحان
أولاً ، في بيئة المجال غير المغناطيسية ، تكررت ميل النبض لنظام الاستشعار والطاقة البصرية للإخراج للليزر لمدة 3 {5}} للحصول على متوسط ميل التوهين للنظام ، كما هو مبين في الشكل. 4 (أ). يمكن ملاحظة أن متوسط الطاقة البصرية للليزر هو 1.21 ميجاوات ، والانحراف المعياري هو 0. 051 6 mw ، أي ما يعادل 4.26 ٪ من المتوسط. في 3 0 التجارب المتكررة ، يكون متوسط منحدرات التوهين لقناة المستشعر 1 والقناة 2 -11. 57 db/km و -18}. تمثل 0.942 ٪ و 0.684 ٪ من القيم المتوسطة الخاصة بكل منها ، على التوالي. هذا يدل على أنه حتى إذا كانت قوة مصدر الضوء تتقلب ، فإن النظام لا يزال يظهر استقرارًا جيدًا ونتائج القياس موثوقة.
ثانياً ، تم وضع قنوات المستشعر 1 و 2 تحت شدة المجال المغناطيسي الثابتة من 5 تونت لتقييم استقرار استجابة نظام استشعار المجال المغناطيسي. وتظهر النتائج التجريبية في FIG. 4 (ب). يمكن ملاحظة أن متوسط ميل التوهين لقناة الاستشعار 1 هو -14. 85 db/km ، والانحراف المعياري هو 0. متوسط ميل التوهين لقناة المستشعر 2 هو -30. 94 db/km ، والانحراف المعياري هو 0. تثبت هذه البيانات أن استجابة نظام المستشعر تحت تأثير المجال المغناطيسي لها تناسق كبير واستقرار.
إن نظام استشعار المجال المغناطيسي المدبب ذو القناة المزدوجة المبتكرة يعتمد على تقنية تعدد الإرسال (TDM) في تقسيم الوقت (TDM) يحسن بشكل كبير من القدرة على تعدد الإرسال لأنظمة استشعار المجال المغناطيسي للألياف. يكتشف النظام معدل توهين الضوء النبضي في قناة الاستشعار بدقة ويجمع بين تقنية TDM لتحقيق القياس المتزامن للمجال المغناطيسي متعدد النقاط.
بالمقارنة مع مستشعر المجال المغناطيسي الألياف MHD التقليدي ، فإن النظام ليس لديه قدرة إعادة استخدام أقوى فحسب ، بل يتمتع أيضًا بتسامح أعلى مع تقلب الطاقة لمصدر الضوء. تُظهر النتائج التجريبية أن حساسية المجال المغناطيسي لقناتين الاستشعار تصل إلى -1. 09 db/(km • mt) و -3. توضح هذه البيانات أن النظام يمكن أن يوفر نتائج قياس عالية الدقة على نطاق واسع من الحقول المغناطيسية.
يحتوي نظام المستشعرات على العديد من المزايا: عملية الإنتاج البسيطة ، وقدرة إعادة استخدام قوية ، وأداء التداخل الممتاز المضاد للكلمات المغناطيسية ، والاستقرار الجيد ، ودعم المراقبة عن بُعد وما إلى ذلك. لذلك ، فهي مناسبة بشكل خاص للتطبيقات التي تتطلب مراقبة المجال المغناطيسي متعدد النقاط عن بُعد ، مثل خطوط نقل الطاقة ، والأجهزة الميكانيكية الكبيرة ومجالات البحث العلمي ، مما يدل على آفاق تطبيق واسعة.