[發明專利]一種用于研究磁流體折射率與溫度和磁場關系的實驗裝置

有效

• 申請號: 201310726469.9
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103674893A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 趙勇;吳迪
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種用于研究磁流體折射率與溫度和磁場關系的實驗裝置，屬于敏感材料與傳感器技術研究領域。

背景技術

磁流體是磁性微粒借助表面活性劑均勻地彌散在基液中而形成的穩定膠體體系。它兼具固體的磁性和液體的流動性，作為一種新型的功能材料，磁流體有很多獨特的光學性質，如可調諧折射率特性、雙折射效應、熱透鏡效應等等。近年來，隨著光纖傳感領域的飛速發展，基于磁流體折射率可調諧特性的光纖器件層出不窮，因此研究磁流體的折射率與溫度和磁場的關系有助于推動磁流體在光學傳感領域的進一步應用。

現有文獻中對于磁流體折射率測量方法的研究并不多，Yang?等人在2002年首次提出了全反射的方法來測量磁流體的折射率（Yang?S?Y,?Chen?Y?F,?Horng?H?E,?et?al.?“Magnetically-modulated?refractive?index?of?magnetic?fluid?films,”?Applied?physics?letters,?2002,?81(26):?4931-4933.）。該文章證明了磁流體薄膜的折射率可受外磁場調制。其不足在于：全反射的方法需要一個折射率大于磁流體的棱鏡去構建全反射光路，且對于光路的調節十分嚴格，實驗中難以保證很高的精度和重復性。2005年，卜勝利提出了一種基于光纖端面后向反射的方法來測量磁流體折射率（Pu?S,?Chen?X,?Chen?Y,?et?al.?“Measurement?of?the?refractive?index?of?a?magnetic?fluid?by?the?retroreflection?on?the?fiber-optic?end?face,”?Applied?Physics?Letters,?2005,?86(17):?171184-171184-3.）。該方法與全反射方法相比，改進之處在于：結構簡單且不涉及光路調節。其不足在于：將光纖插入裝有大量磁流體的燒杯中，容易造成磁流體的污染和浪費。

發明內容

在本發明的目的在于克服已有技術的不足之處，提出了一種用于研究磁流體折射率與溫度和磁場關系的實驗裝置，能分別測得當溫度場和磁場作用于磁流體時其折射率的變化特性，該特性為磁流體與光纖器件的結合提供理論依據。

在本發明是一種用于研究磁流體折射率與溫度和磁場關系的實驗裝置，包括：激光光源1、光纖耦合器2、光纖環形器3和4、光電探測器5和6、基準探頭9、傳感探頭10及其光纖鏈路17、除法運算電路7、計算機8及其連接導線18和溫度與磁場可控實驗裝置16，其特征是：激光光源1發出的光經過一個3dB光纖耦合器2，將光分成強度比為50:50的兩束，一束光通過光纖環形器3進入傳感探頭10，另一束光經過光纖環形器4進入基準探頭9，經過兩個探頭反射后的光強信號分別由光電探測器5和6接收，經過除法運算電路7后傳輸到計算機8處理。在不同的溫度和磁場下，磁流體的折射率不同，光電探測器能檢測到反射回來的光強變化，進而能用于研究溫度和磁場對磁流體折射率特性的影響。

本發明所述的光源采用功率恒定的中心波長為1550nm的激光光源。

在本發明所述的基準探頭9和傳感探頭10是將單模光纖11分別插入填充了去離子水13和磁流體14的毛細管12中后兩端由UV膠15密封構成的反射式探頭。其中，單模光纖包層直徑為125????????????????????????????????????????????????，毛細管內徑為128。

本發明所述的溫度和磁場可控實驗裝置16，其特征在于：當溫度與磁場可控實驗裝置16在用于研究磁流體折射率與溫度的關系時，使用裝置為溫控箱19；在用于研究磁流體折射率與磁場的關系時，使用裝置為可編程電源20、液冷恒溫均勻磁場發生單元21、液冷循環散熱單元22、高斯計23及溫控箱19。可編程電源20和液冷恒溫均勻磁場發生單元21之間是通過電纜連接，液冷恒溫均勻磁場發生單元21和液冷循環散熱單元22之間是通過水管連接。液冷恒溫均勻磁場發生單元21能夠長時間提供穩定的磁場，溫控箱19用于保持環境溫度不變。通過調節傳感探頭10和液冷恒溫均勻磁場發生單元21的相對位置，可以產生平行于傳感探頭光路方向的磁場或者垂直于傳感探頭光路方向的磁場，以實現研究不同的磁場方向和磁場強度對磁流體折射率特性的影響。