[發明專利]一種基于磁流體填充的三芯空心光纖磁場和溫度傳感器

在審

• 申請號: 202010016251.4
• 申請日: 2020-01-08
• 公開（公告）號: CN111123176A
• 公開（公告）日: 2020-05-08
• 發明（設計）人: 劉月明;涂帆;馮森林
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: G01R33/032
• 分類號: G01R33/032;G01K11/32;G01D5/353
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了一種基于磁流體填充的三芯空心光纖磁場和溫度傳感器，以三芯光纖傳感模塊為敏感元件，三芯光纖傳感模塊包括外包層、內包層、第一空芯、第二空芯、第三空芯，三個空芯在空間上呈120°排列，將磁性液體和甘油液體分別填充到第一空芯和第三空芯從而得到兩條液體波導，第二空芯不填充，兩條液體波導輸出的探測光分別和第二空芯輸出的參考光相干涉，經光譜分析儀得到兩個干涉光譜，利用磁流體的磁場敏感特性和甘油的溫度敏感特性，檢測干涉圖像的漂移便可推算得到磁場和溫度的變化。該光纖傳感器既實現了磁場和溫度的雙參量同時測量的目的，又具有溫度補償能力，提高了磁場測量的精度。

技術領域

本發明屬于光纖傳感技術領域，設計了一種基于磁流體填充的三芯空心光纖磁場和溫度傳感器，將磁流體和甘油對空心光纖進行填充，利用磁流體的磁場敏感特性和甘油的溫度敏感特性，可用其實現對雙參量的同時測量。

背景技術

磁場或與磁場相關的信息存在于自然界和人類社會生活等許多地方，磁傳感器是可以將各種磁場和其變化的量轉變成電信號輸出的裝置，因此，探測、采集、存儲、轉換、監控各種磁場和磁場中承載的各種信息的任務，而且近幾年隨著信息化、工業化、交通運輸、電子技術等等的快速發展，使得磁場傳感器得到更多的發展和應用。目前隨著光纖器件的價格越來越低廉，種類越來越繁多，光纖通信技術也越來越成熟，出現了一種新型傳感器技術，即光纖傳感技術。將兩者相結合組成了一種新型傳感器，即光纖磁場傳感器，它繼承了兩者的優點，具有體積小、耐腐蝕、抗電磁干擾能力強、便于分布式多點探測、全光傳輸等突出優點，已成為磁場傳感領域的研究熱點。

磁流體主要由納米磁性顆粒、基液和表面活性劑組成，是一種兼具流動性和強磁性的新型智能材料。其具有豐富的光學特性，如可調諧折射率，可調諧透射率，雙折射效應和熱透鏡效應等。目前，在實驗基礎上已研究了諸多基于磁流體的光學器件，基于磁流體的光學傳感原理及應用在國內外都是一個熱門的研究課題。

在現今的生產應用和生活中，大多光學傳感器采用普通光纖，用其作為基礎元件進而制作的光纖傳感器一般只能測量單一變量，而且在雙參量測量時會存在交叉敏感問題，從而在應用上就很大程度的限制了光纖傳感器性能的上升空間。針對上述所提及的問題，本發明提出了一種基于磁流體填充的三芯空心光纖磁場和溫度傳感結構，既實現了磁場與溫度雙參量測量，又具有溫度補償能力，提高了磁場的測量精度。

發明內容

針對上述所提及的問題，本發明提出了一種基于磁流體填充的三芯空心光纖磁場和溫度傳感器，該傳感器不僅實現了磁場與溫度雙參量測量，又具有溫度補償能力，提高了磁場測量的精度。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

如圖1所示，一種基于磁流體填充的三芯空心光纖磁場和溫度傳感器，包括LD光源(1)、1×3耦合器(2)、第一光路匹配模塊(3)、三芯光纖傳感模塊(4)、第二光路匹配模塊(5)、光路干涉模塊(6)、第一接收器(7-1)、第二接收器(7-2)、光譜分析儀(8)。如圖2和圖3所示，所述的三芯光纖傳感模塊(4)包括外包層(4-1)、內包層(4-2)、第一空芯(4-3)、第二空芯(4-4)、第三空芯(4-5)，第一空芯(4-3)填充磁流體，第二空芯(4-4)未進行填充，第三空芯(4-5)填充甘油，三根空心光纖的空間位置兩兩互為120°。

所述三芯光纖傳感模塊(4)長度為6～8cm，其中每個空芯直徑均為50～100μm。

所述第一空心光纖(4-3)中填充的磁流體是一種水基磁流體，以Fe₃O₄納米顆粒為磁性顆粒，采用亞油酸作為表面活性劑。

所述第一空芯(4-3)和第三空芯(4-3)兩端未被液體填充長度為1～2mm。