本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器。

背景技術(shù)：

光子晶體光纖(photoniccrystalfiber，pcf)的空間結(jié)構(gòu)比較靈活、導(dǎo)光機(jī)制較為獨(dú)特，具有較低的色散、空氣孔損耗和獨(dú)特的無(wú)截止單模特性。在光子晶體光纖中寫(xiě)制布拉格光纖光柵與普通的光纖布拉格光柵相比，具有一些獨(dú)特的性質(zhì)。柚子型光纖是一種大空氣孔結(jié)構(gòu)的光子晶體光纖，包層中有6個(gè)對(duì)稱分布的柚子型空氣孔。在柚子型光纖中寫(xiě)制布拉格光纖光柵，在空氣孔中填充不同的特殊液體，可以制作成測(cè)量溫度、磁場(chǎng)和電場(chǎng)等的不同傳感器。

磁流體是納米尺寸的磁性粒子(如cofe3o4、mnfe2o4、fe3o4等)彌散在非磁性溶劑(如水、煤油、庚烷等)中形成的穩(wěn)定膠體系統(tǒng)，是一種具有隨外加磁場(chǎng)強(qiáng)度而有可控流變特性的特殊的新型納米材料。光纖磁場(chǎng)/電流傳感器有著傳統(tǒng)磁場(chǎng)/電流傳感器所不具有的抗電磁干擾、動(dòng)態(tài)有效工作范圍大、頻帶寬、本質(zhì)安全、能適應(yīng)惡劣環(huán)境的影響、不會(huì)產(chǎn)生磁芯飽和現(xiàn)象的優(yōu)點(diǎn)。利用電流對(duì)光纖光柵的中心波長(zhǎng)的熱調(diào)諧，或?qū)⒐饫w光柵粘貼在彈性懸臂梁或超磁致伸縮材料上，并采用不同的溫度補(bǔ)償方式實(shí)現(xiàn)電流和磁場(chǎng)傳感，目前已取得積極的研究成果。但是，這些傳感器的探頭體積大、轉(zhuǎn)化效能低、靈敏度和精度受到影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器，該傳感器具有靈敏度高，成本低，實(shí)用性高等優(yōu)點(diǎn)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器，包括光源(1)、光纖環(huán)形器(2)、傳感頭(3)、光譜儀(4)、布拉格光纖光柵(5)、柚子型光纖(6)和磁流體(7)。光源(1)的輸出端與光纖環(huán)形器(2)的a端口連接，光纖環(huán)形器(2)的b端口與傳感頭(3)的左端連接，光纖環(huán)形器(2)的c端口與光譜儀(4)的輸入端連接；其特征在于，所述的傳感頭(3)由布拉格光纖光柵(5)、柚子型光纖(6)和磁流體(7)組成，左端連接光纖環(huán)形器(2)，右端用紫外膠封住，柚子型光纖(6)的空氣孔中填充了磁流體(7)，纖芯刻有布拉格光纖光柵(5)。

所述的光源(1)為寬帶光源，波長(zhǎng)范圍為1500nm-1700nm。

所述的布拉格光纖光柵(5)的柵區(qū)長(zhǎng)度為12mm，四個(gè)諧振峰的波長(zhǎng)依次為1551.304nm、1558.384nm、1562.152nm、1565.940nm，波長(zhǎng)1565.940nm對(duì)應(yīng)的諧振峰滿足纖芯耦合的布拉格條件，是光柵的主反射峰，深度達(dá)到了21db。

所述的柚子型光纖(6)的包層中有6個(gè)對(duì)稱分布的柚子型空氣孔，兩兩間壁厚1.82μm，孔間距為21.7±1.5μm，纖芯直徑為11.2±1.0μm，纖芯折射率為1.479，包層直徑為125±5μm，包層折射率為1.457，傳感頭(3)用20mm長(zhǎng)的柚子型光纖制作。

所述的磁流體(7)為一種以水為基質(zhì)的穩(wěn)定性磁性液體，納米粒子直徑為10nm，密度為1.8g/cc，飽和磁化強(qiáng)度為220gauss。

本發(fā)明的工作原理是：在柚子型光纖的6個(gè)空氣孔中填充磁流體，運(yùn)用低壓抽入法將磁流體移動(dòng)到柵區(qū)部位，由于磁流體具有很強(qiáng)的吸收特性，包層模被吸收，此時(shí)在光譜儀上只能看到主反射峰，剩余三個(gè)峰消失。當(dāng)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生變化時(shí)，磁流體折射率發(fā)生改變，從而布拉格光纖光柵的反射峰發(fā)生漂移，通過(guò)測(cè)量反射峰的漂移量，可以得到磁場(chǎng)強(qiáng)度的變化。

本發(fā)明的有益效果是：光纖傳感器具有抗電磁干擾的優(yōu)點(diǎn)，確保了測(cè)量的準(zhǔn)備性，并且磁流體內(nèi)嵌于柚子型光纖的空氣孔，相比較外覆磁流體，折射率的改變對(duì)布拉格光纖光柵的影響較大，所以在一定程度上增加了該磁場(chǎng)傳感器的靈敏度。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器特征裝置示意圖。

圖2是本發(fā)明的柚子型光纖的截面圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參見(jiàn)附圖1，一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器，其特征在于：由光源(1)、光纖環(huán)形器(2)、傳感頭(3)、光譜儀(4)、布拉格光纖光柵(5)、柚子型光纖(6)和磁流體(7)組成。光源(1)的輸出端與光纖環(huán)形器(2)的a端口連接，光纖環(huán)形器(2)的b端口與傳感頭(3)的左端連接，光纖環(huán)形器(2)的c端口與光譜儀(4)的輸入端連接；其特征在于，所述的傳感頭(3)由布拉格光纖光柵(5)、柚子型光纖(6)和磁流體(7)組成，左端連接光纖環(huán)形器(2)，右端用紫外膠封住，柚子型光纖(6)的空氣孔中填充了磁流體(7)，纖芯刻有布拉格光纖光柵(5)。

一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器，其工作方式為：光源(1)發(fā)出的光通過(guò)光纖環(huán)形器(2)的a端口傳輸?shù)焦饫w環(huán)形器(2)，再通過(guò)光纖環(huán)形器(2)的b端口傳輸?shù)絺鞲蓄^(3)，光在經(jīng)過(guò)布拉格光纖光柵時(shí)，特定波長(zhǎng)的光被耦合到反向傳輸?shù)睦w芯模中，這部分光從傳感頭(3)左端輸出，光再經(jīng)過(guò)光纖環(huán)形器(2)的b端口傳輸?shù)焦饫w環(huán)形器(2)，光之后經(jīng)過(guò)光纖環(huán)形器(2)的c端口傳輸?shù)焦庾V儀(5)，得到實(shí)時(shí)的光譜圖。當(dāng)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度發(fā)生改變，內(nèi)嵌于柚子型光纖(6)空氣孔中的磁流體(7)折射率發(fā)生改變，從而布拉格光纖光柵(8)的諧振峰發(fā)生漂移，通過(guò)測(cè)量諧振峰波長(zhǎng)漂移量便可以得到外界磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)傳感。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場(chǎng)傳感器，它由光源1、光纖環(huán)形器2、傳感頭3、光譜儀4、和布拉格光纖光柵5、柚子型光纖6、磁流體7組成，柚子型光纖6的空氣孔中填充了磁流體7，纖芯刻有布拉格光纖光柵5，左端連接光纖環(huán)形器2，右端用紫外膠封住。當(dāng)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度變化時(shí)，柚子型光纖空氣孔中的磁流體折射率發(fā)生改變，從而布拉格光纖光柵的諧振峰發(fā)生漂移，通過(guò)測(cè)量諧振峰波長(zhǎng)漂移量便可以得到外界磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)外界磁場(chǎng)強(qiáng)度的實(shí)時(shí)傳感。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，靈敏度高，使用方便。

技術(shù)研發(fā)人員：董新永;劉益民;包立峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)計(jì)量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.12
技術(shù)公布日：2017.08.18