[發明專利]基于單模-多模-無芯光纖結構的磁場強度檢測傳感器

有效

• 申請號: 201710631839.9
• 申請日: 2017-07-28
• 公開（公告）號: CN107179516B
• 公開（公告）日: 2023-06-09
• 發明（設計）人: 牛龍飛;周國瑞;呂海兵;苗心向;劉昊;蔣一嵐;袁曉東;周海;馬志強;鄒睿;劉青安
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032
• 代理公司: 綿陽遠卓弘睿知識產權代理事務所(普通合伙) 51371
• 代理人: 張忠慶

本發明公開了一種基于單模?多模?無芯光纖結構的磁場強度檢測傳感器，包括：單模光纖；多模光纖，其輸入端與單模光纖的輸出端熔接；無芯光纖，其一端與多模光纖的輸出端偏心熔接；無芯光纖與多模光纖偏心熔接后的不重疊位置處包覆第一金屬膜層；無芯光纖的另一端面附著第二金屬膜層；無芯光纖的表面包覆超磁致伸縮材料層。將磁場強度檢測傳感器置于磁場中，磁場強度發生變化，會導致有超磁致伸縮材料薄膜發生形變及波導折射率發生變化，從而引起無芯光纖縱向長度產生微小形變及諧振條件發生變化，使馬赫?澤德混合干涉中一干涉臂光程發生變化導致整個波導干涉條件發生變化，通過光電探測器接收信號，并進行處理即可反推外部環境磁場強度。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，具體涉及一種基于單模-多模-無芯光纖結構的磁場強度檢測傳感器。

背景技術

磁場測量對于科學、軍事、工業應用等領域都有重要意義。傳統的磁場傳感器是以電測試原理為主，如電磁感應原理和霍爾效應，但作為電測儀器的傳感器往往易受電磁干擾，易腐蝕，無法工作在惡劣的環境下。因而光學式的磁場傳感器越來越來受關注。光纖作為一種本質絕緣的材料在磁場傳感方面有著獨有的優點，除了不受電磁干擾還有體積小、重量輕、精度高，易于形成分布式測量等優點，也能工作在高溫、高壓、強磁場、腐蝕性環境等特殊場合，與電類傳感器相比具有一些獨特的優勢。

隨著科學技術的進一步發展，使用新技術制備新型磁場傳感器得到研究人員的重視，尤其在國防、航空航天航海以及醫學等高新技術領域的更高要求，使得磁場傳感器成為研究人員不斷在該方法進行探索的動力。目前較為成熟的磁場探測方法主要有電磁感應發、核磁共振法以及磁阻效應等方法，然而這些磁場傳感器均有短板，如體積、質量大，無法滿足親量化以及高新技術裝備的要求。微型光纖磁場傳感器具有體積小、質量輕、耐腐蝕、抗電磁干擾、測量精度高等優點，目前微型光纖磁場傳感器主要利用新型光纖結構、磁流體材料、磁性符合材料等新材料或結合新型光纖結構的方法制備，上述方法的光纖磁場傳感器大多需要復雜且精密的制作工藝，并且集成度不高導致其穩定性較差，因此，一種制作簡單、集成度高、穩定可靠并具有單端輸出的磁場傳感器成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優點。

為了實現根據本發明的這些目的和其它優點，提供了一種基于單模-多模-無芯光纖結構的磁場強度檢測傳感器，包括：

單模光纖，其用于光信號的輸入和輸出；

多模光纖，其輸入端與所述單模光纖的輸出端無偏心熔接；

無芯光纖，其一端與所述多模光纖的輸出端偏心熔接；所述無芯光纖的表面附著超磁致伸縮材料層；

其中，所述無芯光纖與多模光纖偏心熔接后的不重疊位置處附著第一金屬膜層以反射多模光纖中的光信號；所述無芯光纖的另一端附著第二金屬膜層以反射無芯光纖中的光信號。

優選的是，所述單模光纖的直徑均為125μm、芯徑均為8～10μm。

優選的是，所述多模光纖的長度為3～10mm、直徑為125μm、芯徑為50～125μm。

優選的是，所述無芯光纖的長度為3～10mm、直徑為20～100μm。

優選的是，所述超磁致伸縮材料層為鋱鏑鐵超磁致伸縮材料層。

優選的是，所述超磁致伸縮材料層的厚度為1～10μm。

優選的是，所述超磁致伸縮材料層采用粘貼法或真空磁控濺射方法附著在無芯光纖的表面；；所述真空磁控濺射方法中濺射靶材使用純度為99.9％鋱鏑鐵靶，在1×10^-3Pa高真空下，氬氣作為工藝氣體，氣壓0.5Pa，采用射頻濺射工藝，起始功率70W，濺射功率150W。