[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于側(cè)拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場(chǎng)傳感器及其制備與檢測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811600803.5
• 申請(qǐng)日: 2018-12-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109541502A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳耀飛;羅云瀚;陳哲;董江莉;蔣竹鵬;孫偉婷;盧惠輝;關(guān)賀元;張軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 暨南大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01R33/032
• 分類(lèi)號(hào): G01R33/032
• 代理公司: 廣州潤(rùn)禾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 44446
• 代理人: 林偉斌;凌衍芬

本發(fā)明涉及光纖磁場(chǎng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種基于側(cè)拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場(chǎng)傳感器及其制備與檢測(cè)方法，所述矢量磁場(chǎng)傳感器包括側(cè)邊拋磨光纖、鍍制在拋磨區(qū)上的金屬薄膜、磁流體、光源以及用于檢測(cè)透射光譜的光譜儀，所述拋磨光纖是通過(guò)光纖拋磨掉部分包層和纖芯制作而成；所述拋磨光纖上設(shè)有玻璃毛細(xì)管以及光學(xué)紫外膠，所述磁流體通過(guò)玻璃毛細(xì)管以及光學(xué)紫外膠密封包裹在拋磨光纖周?chē)?。本發(fā)明利用表面等離子體共振(SPR)效應(yīng)，在透射光譜中形成一個(gè)共振波谷(透射光強(qiáng)度最低值)，在不同磁場(chǎng)強(qiáng)度或磁場(chǎng)方向下，磁流體在金屬膜上方的折射率不同，導(dǎo)致SPR共振波谷位置的不同，通過(guò)記錄共振光譜的漂移情況，即可標(biāo)定傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向和強(qiáng)度的傳感特性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖磁場(chǎng)傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于側(cè)拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場(chǎng)傳感器及其制備與檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

傳感技術(shù)、通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)一同構(gòu)成了現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的三大支柱，分別在信息系統(tǒng)中扮演著“感官”、“神經(jīng)”和“大腦”的角色。其中，傳感技術(shù)作為信息獲取的關(guān)鍵部件，是后續(xù)信息傳輸、處理的基礎(chǔ)，其重要性不言而喻。

光纖傳感器作為現(xiàn)代傳感器領(lǐng)域的一個(gè)重要分支，具有體積小、重量輕、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍大、功耗低、便于復(fù)用、便于遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、魯棒性強(qiáng)、抗腐蝕、抗電磁干擾等獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，在易燃易爆、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)電磁場(chǎng)等惡劣環(huán)境下具備傳統(tǒng)傳感器無(wú)法比肩的優(yōu)勢(shì)。而其中的側(cè)邊拋磨光纖方法已經(jīng)成為構(gòu)造新型全光纖器件和多功能光纖傳感器已成為研究開(kāi)發(fā)的有效途徑之一。但通過(guò)側(cè)拋光纖與SPR、磁流體結(jié)合，運(yùn)用SPR技術(shù)的高靈敏度等優(yōu)點(diǎn)制備出來(lái)的一種高性能矢量磁場(chǎng)傳感器至今仍未出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于側(cè)拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場(chǎng)傳感器，能靈敏地檢測(cè)到磁場(chǎng)強(qiáng)度與方向的變化。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

一種基于側(cè)拋光纖表面等離子體共振的矢量磁場(chǎng)傳感器，包括側(cè)邊拋磨光纖、鍍制在拋磨區(qū)上的金屬薄膜、磁流體、光源以及用于檢測(cè)透射光譜的光譜儀，所述拋磨光纖是通過(guò)將光纖一側(cè)的包層拋磨掉制作而成；所述拋磨光纖上設(shè)有玻璃毛細(xì)管以及光學(xué)紫外膠，所述磁流體通過(guò)玻璃毛細(xì)管以及光學(xué)紫外膠密封包裹在拋磨光纖周?chē)?/p>

本發(fā)明中，在磁場(chǎng)作用下，當(dāng)入射光與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，磁流體中的納米粒子匯集高密度納米群；當(dāng)入射光與磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，磁流體中的納米粒子匯集成低密度納米群。這種納米粒子隨磁場(chǎng)方向匯集或分散的特性，使得磁流體的折射率受到磁場(chǎng)強(qiáng)度與方向的控制，進(jìn)而影響納米粒子與拋磨光纖之間的倏逝場(chǎng)相互作用，引起SPR共振波長(zhǎng)的變化，使得拋磨光纖SPR的共振波長(zhǎng)受到磁場(chǎng)強(qiáng)度與方向的調(diào)制，構(gòu)成矢量磁場(chǎng)傳感器。

當(dāng)光源發(fā)射的光耦合入傳感器后，由于傳感器的傳感區(qū)域?qū)Νh(huán)境介質(zhì)的折射率非常敏感，滿(mǎn)足共振條件的光波與金屬中的等離子體波產(chǎn)生共振從而激發(fā)產(chǎn)生SPR效應(yīng)，此時(shí)在透射光譜中形成一個(gè)共振波谷(透射光強(qiáng)度最低值)，透射光譜用光纖光譜儀采集記錄。不同磁場(chǎng)強(qiáng)度或不同方向下，磁流體折射率不同，其共振波谷位置不同，通過(guò)記錄拋磨光纖的共振光譜的漂移情況，即可標(biāo)定傳感器對(duì)磁場(chǎng)方向和強(qiáng)度的傳感特性。

優(yōu)選地，所述金屬膜采用貴金屬膜。具體的，所述貴金屬膜為金膜。

優(yōu)選地，所述拋磨光纖采用拋磨雙模光纖。雙模光釬的纖芯直徑為19um左右，本發(fā)明中，采用雙模光纖側(cè)邊拋磨處理制作磁場(chǎng)傳感器，可有效提高磁場(chǎng)傳感器的靈明度和信噪比。

優(yōu)選地，拋磨區(qū)的拋磨面到纖芯的距離d為0μm，即拋磨面與纖芯相切。

優(yōu)選地，所述拋磨區(qū)長(zhǎng)度為9～15mm。

優(yōu)選地，所述金屬膜的厚度為40～60nm。