[發明專利]基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法

有效

• 申請號: 201410294039.9
• 申請日: 2014-06-27
• 公開（公告）號: CN104075754A
• 公開（公告）日: 2014-10-01
• 發明（設計）人: 趙勇;張亞男;李晉
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G01D21/02
• 分類號: G01D21/02
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種基于磁流體填充光子晶體微腔的磁場和溫度同時測量方法，屬于光電檢測技術領域。

背景技術

磁場是很多自然現象的基本物理參數，汽車和飛機的高精確度導航和定位、醫學生物檢測和疾病檢測、異常微弱信號的獲取、探索危險以及人類不能夠到達的領域等，這些都需要使用磁場傳感器。所以對磁場測量方法的研究一直受到人們的廣泛關注(文獻1.?姜智鵬，?趙偉，屈凱峰，磁場測量技術的發展及其應用[J]，電測與儀表，2008，45(508)：1-5,?10.)。應用廣泛的基于霍爾效應的磁場傳感器雖然使用方便,?價格便宜,?但精度不高,?且溫度穩定性不好。而基于磁光效應的光學磁場傳感器由于其具有安全防爆、抗電磁干擾、質量輕、響應速度快、測量范圍大、可進行實時遠距離監測等優異特性而成為目前研究最多的磁場測量技術(文獻2.?C.?L.?Tien,?H.?W.?Chen,?C.?C.?Hwang,?et?al.?Magnetic?field?sensor?based?on?double-sided?polished?fiber-Bragg?gratings[J].?Measurement?Science?&?Technology,?2009,?20(7):?075202(1-6).)。

磁流體是磁性納米顆粒借助表面活性劑均勻地分散在基液中而形成的一種穩定的膠狀液體，它既具有固體磁性材料的磁性又具有液體的流動性。作為一種新型的功能材料，磁流體具有很多獨特的磁光特性，如雙折射效應、法拉第效應、熱透鏡效應、以及可調諧折射率特性等(文獻3.?Y.?Zhao,?Y.?Zhang,?R.?Lv,?et?al.?Novel?optical?devices?based?on?the?tunable?refractive?index?of?magnetic?fluid?and?their?characteristics[J],?Journal?of?Magnetism?and?Magnetic?Materials,?2011,?323(23):2987-2996.)。利用磁流體的可調諧折射率特性，磁流體在不同磁場作用下的折射率會發生變化，進而會引起系統的輸出發生相應變化，基于此，很多光學磁場測量方法在近幾年被相繼提出(文獻4.?丁立.?基于磁流體和FBG的光纖磁場傳感研究[D].?武漢理工大學，2012;?文獻5.?R.?Gao,?Y.?Jiang,?and?S.?Abdelaziz.?All-fiber?magnetic?field?sensors?based?on?magnetic?fluid-filled?photonic?crystal?fibers[J].?Optics?Letters,?2013,?38(9):?1539-1541;?文獻6.?R.?Lv,?Y.?Zhao,?D.?Wang,?Q.?Wang.?Magnetic?fluid-filled?optical?fiber?fabry-pérot?sensor?for?magnetic?field?measurement[J].?IEEE?Photonics?Technology?Letters,?2014,?26(3):?212-219.)，為高靈敏度的磁場測量提供了一種新技術和新思路。這種方法不僅具有傳統光學磁場傳感器的優點，還具有操作簡單、結構小、靈敏度高等優異特性。然而在實際測量中，外界溫度的變化是一個不可忽略的因素，由于溫度的變化同樣會引起磁流體的折射率發生不可預知的變化(文獻7.?Y.?F.?Chen,?S.?Y.?Yang,?W.?S.?Tse,?et?al.?Thermal?effect?on?the?field-dependent?refractive?index?of?the?magnetic?fluid?film.?Applied?Physical?Letters,?2003,?82(20):?3481-3483,?May?2003.)，即磁場和溫度交叉敏感現象，這樣會大大降低磁場測量的精度。

因此，如果能夠提出一種磁場和溫度同時測量的方法，這樣不僅可以提高磁場測量的精度，而且可以解決磁場和溫度的交叉敏感問題，實現磁場和溫度兩個參數的同時測量。這種新型的測量裝置能夠大大拓寬光學磁場傳感器在磁場測量領域中的應用，具有十分重大的現實意義。此外，該系統還提供了一種雙參數同時測量的方法，可大大降低雙參數測量系統的尺寸和成本。

發明內容

（一）要解決的技術問題