[發明專利]一種磁流體填充光子晶體光纖F-P磁場傳感器

無效

• 申請號: 201110102799.1
• 申請日: 2011-04-25
• 公開（公告）號: CN102221679A
• 公開（公告）日: 2011-10-19
• 發明（設計）人: 趙勇;張亞男
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G02B6/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種磁流體填充光子晶體光纖F-P磁場傳感器，屬于光纖傳感技術領域。

背景技術

光纖磁場傳感器一般都是借助一些磁光敏感材料或者磁光效應等結合光纖自身的特性而實現的一種較為先進的磁場檢測技術。(L.Sun，S.Jiang，and?J.R.Marciante，All-fiber?optical?magnetic-field?sensor?based?on?Faraday?rotation?in?highly?terbium-doped?fiber，OPTICS?EXPRESS，18(6)，2010)基于法拉第旋光效應利用一段2cm長的摻Tb光纖作為法拉第旋光器件，結合一段康寧SP1060單偏振光纖作為光纖偏振器實現了一種光纖磁場傳感器。(M.Yang，J.Dai，C.Zhou，D.Jiang，Optical?fiber?magnetic?field?sensors?with?TbDyFe?magnetostrictive?thin?films?as?sensing?materials，OPTICS?EXPRESS，17(23)，2009)將一種TbDyFe薄膜作為敏感材料，通過磁控管濺射工藝將其熔敷在去掉包層的光纖光柵表面，基于磁致伸縮效應，將磁場變化轉化為TbDyFe薄膜的變形，引起光纖光柵中心反射波長的移動。這種方法工藝復雜，且需要對溫度的交叉敏感問題進行補償。(王敏，專利號200510019496.8)提出一種微彎光纖電流/磁場傳感器，包括由兩塊具有相對的，相互錯開的波紋表面的板構成的微彎變形器，一根夾在變形器中間的信號光纖，一根參考光纖和兩塊由具有特定的磁致伸縮系數的磁致伸縮材料制成的電流/磁場感應器。在電流/磁場變化時，電流/磁場感應器的幾何尺寸因為磁致伸縮發生變化而推動微彎變形器運動，改變信號光纖的彎曲程度，從而實現對信號光纖中光強的調制。這種傳感器是基于光強度調制，因此，測量結果容易受到光源功率波動、光纖擾動等的影響。(冉曾令等，專利號201010194583.8)公開了一種光纖琺珀磁場傳感器，在光纖的一端面設置一個以氣體或者空氣為介質的琺珀腔，一個反射面為光纖的端面，另一反射面是與光纖端面相對應的膜片，膜片鍍有或者粘貼有磁材料或者金屬材料，靠近磁場時，磁力帶動膜片運動而改變琺珀腔的腔長，光纖拾取琺珀腔的反射光學信號獲取琺珀腔腔長信息，實現對磁場的測量。這種方法由于利用膜片的機械變形引起琺珀腔長的變化，膜片的彈性性能影響對傳感器的重復性會帶來一定的影響。

發明內容

本發明的目的在于克服已有技術的不足之處，提出一種新穎、結構簡單、成本低、溫度影響小、易于實現多點分布式磁場檢測的光纖傳感器。

本發明的技術方案如下：

一種磁流體填充光子晶體光纖F-P磁場傳感器，包括寬帶光源20、光纖耦合器21及其光纖鏈路(31、32、33、34)、折射率匹配液22、傳感器探頭23、電磁線圈18及其電流驅動系統19、光譜分析儀25、計算機24及連接電纜26和27，其特征在于：所述的傳感器探頭包括一段填充了磁流體13的空心光子晶體光纖12和一根標準單模光纖11(包括纖芯16和包層17)；所述的空心光子晶體光纖一端面粘結全反射鏡15，另一端面通過一個部分反射膜14與單模光纖熔接在一起，構成反射式的光纖F-P干涉腔結構；在被測磁場作用下，所述的磁流體作為光纖F-P干涉腔的腔內敏感介質，其折射率將發生變化，導致輸出光譜變化，從而實現磁場檢測。

本發明所述的光子晶體光纖具有空心的空氣孔結構，光子晶體光纖的外徑尺寸和中心空氣孔直徑分別為125μm和40μm，作為F-P干涉腔內敏感介質的磁流體利用毛細管現象被填充入光子晶體光纖的40μm中心空氣孔中。

所述的磁流體的材料為水基CdFe₂O₄，濃度為0.85emu/g。所述的電磁線圈在電流驅動系統控制下產生變化的待測磁場，電磁線圈的半徑為5mm，長度為60mm，匝數為500。所述的寬帶光源采用中心波長范圍從1525nm至1565nm的ASE光源。

本發明具有如下特點：①儀器結構簡單、設計新穎、成本較低、實用性強。②用空心光子晶體光纖作為傳感器探頭，構成F-P干涉腔結構，可有效降低溫度對測量結果的影響，同時也減小了光信號的損耗。③利用本發明提出的這種新型的光纖F-P磁場傳感器易于實現多點分布式傳感檢測。

附圖說明

圖1為本發明提供的磁流體填充光子晶體光纖F-P磁場傳感器整體原理結構示意圖。