[發(fā)明專利]一種用光纖布拉格光柵測定磁場特性的裝置與方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 202110618093.4 | 申請日： | 2021-06-03 |
| 公開（公告）號： | CN113281685B | 公開（公告）日： | 2022-02-08 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 陳衛(wèi)東;王傳杰;張鵬;張桂林;張明立 | 申請（專利權(quán)）人： | 宏安集團有限公司;哈爾濱工業(yè)大學（威海） |
| 主分類號： | G01R33/032 | 分類號： | G01R33/032 |
| 代理公司： | 威海恒譽潤達專利代理事務(wù)所(普通合伙) 37260 | 代理人： | 曾基 |
| 地址： | 264400 山東*** | 國省代碼： | 山東;37 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 一種 用光 布拉格 光柵 測定 磁場 特性 裝置 方法 | ||
本發(fā)明提供一種用光纖布拉格光柵測定磁場特性的裝置與方法，其解決了現(xiàn)有的磁場強度和位置不能同時測量的技術(shù)問題，其設(shè)有一對線性位移平臺，兩個線性位移平臺相對間隔設(shè)置，每個線性位移平臺上各安裝有一個磁體，兩個磁體的磁極相反，且正對設(shè)置；兩個磁體之間設(shè)有裝有磁流變液的密閉容器，磁流變液內(nèi)分別插入FBG傳感器和霍爾探頭，F(xiàn)BG傳感器與光學詢問器通過光纖連接，霍爾探頭與特斯拉計電連接；兩個磁體相對于密閉容器呈對稱間隔設(shè)置，本發(fā)明還公開了用FBG測定磁場特性的方法，可廣泛應(yīng)用于FBG傳感器領(lǐng)域。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及FBG傳感器領(lǐng)域，尤其涉及一種用光纖布拉格光柵測定磁場特性的裝置與方法。
背景技術(shù)
光纖傳感器因其緊湊性、磁場抗擾度、無源操作、安全性和多路復(fù)用等優(yōu)點在工業(yè)、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、生物醫(yī)學和生物化學應(yīng)用領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。在生物醫(yī)學、航空制造、空間和地球物理研究，甚至是受控核聚變反應(yīng)堆等傳感應(yīng)用領(lǐng)域，磁場檢測是一個關(guān)鍵內(nèi)容。市場上用于監(jiān)測該參數(shù)的傳感器易受到電磁干擾，而光纖傳感技術(shù)由于其優(yōu)于傳統(tǒng)傳感器的特性而成為一種選擇。
磁流體是一種新型的功能材料，它是一種通常由磁性納米顆粒(即Fe3O4、CdFe2O4)形成的穩(wěn)定膠體，具有包括可調(diào)折射率、可調(diào)透過率、雙折射率或法拉第效應(yīng)的激發(fā)光學性質(zhì)。光纖磁場傳感器的研究現(xiàn)狀利用磁流體作為傳感元件是相當廣泛的，包括光纖光柵技術(shù)(包括短周期和長周期光柵)、干涉測量、表面等離子體共振(SPR)以及許多涉及個性化光纖的方案，如蝕刻、錐形和U形光纖。基于長周期的傳感方案光柵和邁克爾遜干涉儀具有更高的磁場探測范圍，分別提供166mT和200mT的磁場探測值。使用Sagnac干涉儀(SI)、單模無芯單模和基于SPR的傳感器獲得最高靈敏度值，其中基于SPR的傳感器靈敏度為303pm/Gs，SI提供最短響應(yīng)時間為10-30ms。Yang等人提出了一種由一個2cm分裂光纖端級聯(lián)的光柵構(gòu)成的。基于磁流體折射率變化引起磁場變化時光纖端面菲涅耳反射率變化的Bragg光柵傳感器，可監(jiān)測0～50Gs范圍內(nèi)的磁場。盡管上述方法適用于磁場監(jiān)測，但提出的方法通常只測量單個點的磁場，即沒有磁場分布的測量。此外，光纖甚至光纖光柵都需要對光纖結(jié)構(gòu)進行額外的修改，例如蝕刻或級聯(lián)組件。同時上述磁性流體通常為磁性流體，其在油中懸浮有納米粒子，流體區(qū)域的磁場變化導致上述幾何和光學性質(zhì)的變化，流體的應(yīng)力或粘度變化較小。另外磁流變(MR)流體具有微米級的懸浮在油基質(zhì)中的磁性顆粒，這會導致流體在磁場作用下的表觀粘度變化。因此，當磁場作用于磁流變液時，由于應(yīng)力與磁場成比例增加，磁流變液逐漸從液態(tài)變?yōu)榘牍虘B(tài)，這也導致了流體中心的應(yīng)力增加。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決上述技術(shù)的不足，提供一種用光纖布拉格光柵測定磁場特性的裝置與方法，滿足生物醫(yī)學、航空制造、空間、地球物理以及受控核聚變反應(yīng)堆等領(lǐng)域?qū)Υ艌鰪姸群臀恢梅植纪瑫r測量的要求。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種用光纖布拉格光柵測定磁場特性的裝置，其設(shè)有一對線性位移平臺，兩個線性位移平臺相對間隔設(shè)置，每個線性位移平臺上各安裝有一個磁體，兩個磁體的磁極相反，且正對設(shè)置；兩個磁體之間設(shè)有裝有磁流變液的密閉容器，磁流變液內(nèi)分別插入FBG傳感器和霍爾探頭，F(xiàn)BG傳感器與光學詢問器通過光纖連接，霍爾探頭與特斯拉計電連接；兩個磁體相對于密閉容器呈對稱間隔設(shè)置。
優(yōu)選的，密閉容器為中空兩端封閉的柱狀結(jié)構(gòu)；沿密閉容器的中心軸線上安裝設(shè)有FBG傳感器；在密閉容器內(nèi)，F(xiàn)BG傳感器緊挨著霍爾探頭，且二者并行設(shè)置。
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