1、微弱磁場傳感器具有廣泛應用，包括導航、軍事、航空、航天等領域。隨著窄線寬激光光源、單模光纖及相關光器件性能的不斷完善，不僅光纖傳感器的種類在增加，其性能也在不斷地提高。光纖微弱磁場傳感器因其靈敏度高，被認為是替代傳統(tǒng)純電學檢測手段的最有競爭力的技術?；诠饫w干涉儀和磁致伸縮材料的干涉型光纖微弱磁場傳感器是最有望走向實用的技術之一。因此，開展干涉型光纖微弱磁場傳感器的研究具有重要意義。 本論文主要研究高靈敏度和穩(wěn)定性的邁克耳遜(M

2、ichelson)干涉型光纖微弱磁場傳感器的若干關鍵問題，包括：干涉型光纖微弱磁場傳感器理論與原理，干涉型光纖微弱磁場換能器的設計和實現(xiàn)，干涉型光纖微弱磁場傳感器的解調技術、磁場探測能力、穩(wěn)定性與溫度特性等。 首先，論文系統(tǒng)分析和總結了干涉型光纖傳感器的基本理論和Michelson干涉型光纖微弱磁場傳感器的工作原理，主要包括：磁致伸縮效應與光纖中光相位的調制原理、基于Michelson光纖干涉儀的干涉型光纖傳感器的結構和原理、M

3、ichelson干涉型光纖磁場傳感器相位檢測原理與關鍵技術的實現(xiàn)、系統(tǒng)不穩(wěn)定的原因及其解決措施等。 其次，論文對偏振無關Michelson干涉型光纖微弱磁場換能器進行了深入系統(tǒng)的研究，在分析干涉型光纖微弱磁場傳感器系統(tǒng)靈敏度基礎上，提出了相應的設計和制作方案。在骨架設計與制作方面，分析和對比了不同材料、形狀和結構磁場換能器的性能，確定了圓柱形作為換能器的基本結構，并使用膠木材料完成了換能器骨架的制作。在Michelson光纖干涉

4、儀設計與制作方面，建立了偏振無關Michelson光纖干涉儀可見度的數(shù)學模型，對可見度的限制因素進行詳細的數(shù)值分析。計算結果表明，干涉儀臂長差是其中最重要的一項因素。借助光學精密反射儀實現(xiàn)了對光纖干涉儀臂長差的精確測量和控制，能有效消除臂長差對可見度的影響，臂長差可以被控制在1mm以內，在此基礎上制作出了高可見度偏振無關Michelson光纖干涉儀。在換能器設計和制作方面，在對應力和負載效應問題進行深入分析的基礎上，通過反復的實驗比較，

5、確定了粘貼劑的選取原則，給出了合理、有效的粘貼方式，形成了一套磁場換能器的制作方法和工藝，并完成了換能器的制作。 接著，論文研究了兩種傳感信號檢測技術：基于硬件電路的解調技術和軟件解調技術。在硬件解調方面，主要是對傳統(tǒng)鎖定放大器電路進行改進，使之具有更好的檢測性能。在軟件解調方面，詳細研究了偏振無關Michelson干涉型光纖磁場傳感器的噪聲來源，包括：環(huán)境噪聲、光源噪聲、熱噪聲、散彈噪聲以及電噪聲等，分析了這些噪聲的特點及對光

6、纖干涉儀輸出信號光相位的影響，發(fā)現(xiàn)熱噪聲是限制光纖干涉儀最小可探測相位的最主要噪聲。在此基礎上，提出了一種基于軟件解調和自適應譜線增強器的信號解調方案，給出了具體的實現(xiàn)方法。論文系統(tǒng)測試和分析了所研制的傳感器在使用硬件解調方案時的系統(tǒng)性能，包括：換能器機械諧振頻率與頻率響應，傳感器系統(tǒng)穩(wěn)定性，輸入光功率和交流激勵磁場幅度與系統(tǒng)輸出的關系，傳感器系統(tǒng)靈敏度和分辨率，以及磁場換能器方向性等。實驗結果表明，在沒有任何磁屏蔽措施的普通實驗環(huán)境下

7、，該磁場傳感器系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和優(yōu)異的微弱磁場探測能力，最低可探測磁場在1Hz和5Hz處約為0.10nT/Hz1/2和0.04nT/Hz1/2，與目前國內已報道的同類型磁場傳感器相比，具有一定優(yōu)越性。本文的檢測技術工作是與課題組其他同學共同完成的。 然后，針對干涉型光纖磁場傳感器的實用化問題，論文對干涉型光纖微弱磁場傳感器的溫度特性進行了分析。以彈性波理論為切入點，推導了帶狀磁場換能器機械諧振頻率的理論模型，給出了導致機械諧