光纤磁场传感器具有抗干扰能力强、小型化、低成本等技术优势。为了实现对空间磁场矢量的测量，基于磁光晶体提出了一种光纤三维磁场传感器。然后，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。分析基于磁光晶体光纤三维磁场传感器的非正交误差，通过对基于磁光晶体的光纤三维磁场传感器三个传感单元两两夹角的准确测量，对系统三轴非正交误差进行标定补偿。实验测试装置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°、0.26°和0.22°。实验结果表明，该基于磁光晶体光纤三维磁场传感器可实现0.2 μT磁场强度分辨率和0.5°角度分辨率的磁场矢量测量。

光纤磁场传感器具有灵敏度高、体积小、耐腐蚀以及抗电磁干扰等优点，弥补了传统磁场传感器的不足，在**、工业、电网等多个领域发挥着重要作用。使用二氧化碳激光器分别在标准通信单模光纤和光敏光纤上制备了两种类型的长周期光纤光栅（LPFG），将LPFG浸入磁流体中制备磁场传感器。当施加外部磁场时，LPFG的谐振波长会发生偏移。当磁场强度在1.6~25.5 mT范围内变化时，可达到的最大磁场灵敏度为126.5 pm/mT。该传感器在磁场或电场系统中具有潜在的应用。

针对在柔性衬底上制备非晶软磁薄膜的技术难题, 该文研究并制作了一种基于柔性聚酰亚胺(PI)衬底的磁声表面波(MSAW)谐振器。通过在柔性PI衬底上溅射沉积了非晶FeCoSiB磁致伸缩薄膜和ScAlN压电薄膜, 光刻制备了叉指电极, 并形成IDT/ScAlN/FeCoSiB/PI层状结构, 成功获得了柔性MSAW谐振器。采用X线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)分析了薄膜的结构和表面形貌及利用振动样品磁强计(VSM)和短路微带线法测试了FeCoSiB薄膜的静态磁性和高频磁谱特性, 最后在探针台上利用矢量网络分析仪对器件进行测试, 并与COMSOL仿真结果进行对比。实验结果表明, 该MSAW器件有两个谐振峰, 其中瑞利波出现在28.32 MHz, 兰姆波出现在93.69 MHz。

安培力与磁场大小成正比,基于安培力的磁场传感器具有很好的线性度。基于安培力的原理和 正交双频光纤激光器,通过在光纤激光器表面溅镀一层金膜,实现了一种结构紧凑的微型光纤 激光磁场传感器。在垂直磁场的作用下,在所提出的溅镀金膜光纤激光器两端施加交流电流,所产 生的安培力会施加在激光腔上并在腔内引入双折射,引起激光器拍频频率变化,从而实现对磁场的测量。 结果表明所提出的光纤激光磁场传感器具有良好的线性度和抗干扰能力。

在分析光纤光栅传感原理的基础上, 设计了一种基于超磁致伸缩材料的光纤光栅磁场传感器。先将一根光纤光栅粘贴在超磁致伸缩材料上; 为补偿温度对磁场测量光纤光栅传感器的影响, 再将另一根光纤光栅的一端固定在有机玻璃上并保持自由状态。对设计的传感器进行温度和磁场强度响应特性实验, 在0~40 ℃的范围内, 磁场测量和温度补偿光纤光栅的温度灵敏度分别为22和9.9 pm/℃。在0~1 200×10-4 T范围内, 传感器的磁场强度检测灵敏度约为1 pm/1×10-4 T, 分辨率为1×10-4 T, 线性度为0.996 3, 稳定性约为±3×10-4 T, 为弱磁场的测量提供了一种新方法。

A novel fiber magnetic sensor based on the fiber Bragg grating Fabry-Perot (FBG-FP) cavity ring-down technique with pulse laser injection is proposed and demonstrated theoretically. A general expression of the intensity of the output electric field is derived, and the effect of the external magnetic field on the ring-down time is discussed. The results show that the output light intensity and the ring-down time of the FBG-FP cavity are in the inverse proportion to the magnitude of the external magnetic field. Our results demonstrate the new concept of the fiber magnetic sensor with the FBG-FP cavity ring-down spectroscopy and the technical feasibility.

设计了一种基于光纤布拉格光栅啁啾效应的磁场传感器, 导出了光纤布拉格光栅的反射谱带宽与磁感应强度的关系。传感器工作时, 磁场中的圆盘形软铁受到通电螺旋管线圈磁场力的作用, 引起矩形悬臂梁变形, 从而导致粘贴在悬臂梁侧边的光纤布拉格光栅的反射光谱带宽发生变化; 利用光谱分析仪, 通过检测光纤布拉格光栅反射谱带宽的变化量, 即可得到被测磁场磁感应强度的大小。当光谱分析仪的分辨率为0.001 nm时, 可测量磁感应强度为6~70 mT。实验结果表明: 该光纤布拉格光栅反射光谱带宽的变化量对温度变化不敏感, 当温度从0℃变化到45℃时, 3 dB带宽的变化小于8 pm。实验结果和理论分析一致, 表明该方案切实可行。

提出了一种基于光纤三维微结构加工的磁场传感技术方案。利用波长为780 nm的飞秒激光脉冲在刻写有光纤布拉格光栅(FBG)的单模光纤包层上加工螺旋微结构，并采用磁控溅射方法在其上溅射磁致伸缩膜（TbDyFe），制备了一种新型光纤磁场传感器探头。微结构能改善光纤轴向伸缩性，增加薄膜沉积的表面积，从而提高探头的磁场敏感性。建立了螺旋微结构改善传感灵敏度的理论基础，介绍了光纤磁场传感探头的制备工艺方法与技巧，给出了不同参数传感探头的磁场测试结果。实验结果表明，螺距为50 μm时，对应的传感探头对磁场最为敏感；相比于无微结构的标准光纤探头，有微结构的光纤探头理想情况下灵敏度可提高近5倍。

为了提高分布式电磁接收系统频域标定的效率和精度，提出了一种基于多频伪随机信号的标定方法并研究了多频标定信号的产生和标定数据的处理方法。首先，根据多频伪随机信号的解析式分析了其主频点的振幅和分布特点，通过现场可编程门阵列(FPGA)实现了伪随机信号的编码合成并产生了高精度双极性标定信号源。然后，基于相关检测的噪声抑制原理，给出了检测含噪声多频标定输出信号幅度和相位的多次相关迭代法并通过仿真进行了验证。最后，对分布式双通道电磁接收系统的采集通道和磁场传感器进行了标定测试。结果表明：在外界噪声不大于标定输出信号幅度的环境下，检测结果幅度误差小于2%，相位误差小于1°。该标定方法快速准确，可用于分布式电磁接收系统在不同野外环境下的频域标定。