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)光機制較為獨特，具有較低的色散、空氣孔損耗和獨特的無截止單模特性。在光子晶體光纖中寫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個對稱分布的柚子型空氣孔。在柚子型光纖中寫制布拉格光纖光柵，在空氣孔中填充不同的特殊液體，可以制作成測量溫度、磁場和電場等的不同傳感器。

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強度而有可控流變特性的特殊的新型納米材料。光纖磁場/電流傳感器有著傳統(tǒng)磁場/電流傳感器所不具有的抗電磁干擾、動態(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、不會產(chǎn)生磁芯飽和現(xiàn)象的優(yōu)點。利用電流對光纖光柵的中心波長的熱調(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償方式實現(xiàn)電流和磁場傳感，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傳感器，該傳感器具有靈敏度高，成本低，實用性高等優(yōu)點。

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，波長范圍為1500nm-1700nm。

所述的布拉格光纖光柵(5)的柵區(qū)長度為12mm，四個諧振峰的波長依次為1551.304nm、1558.384nm、1562.152nm、1565.940nm，波長1565.940nm對應(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，深度達到了21db。

所述的柚子型光纖(6)的包層中有6個對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，飽和磁化強度為220gauss。

本發(fā)明的工作原理是：在柚子型光纖的6個空氣孔中填充磁流體，運用低壓抽入法將磁流體移動到柵區(qū)部位，由于磁流體具有很強的吸收特性，包層模被吸收，此時在光譜儀上只能看到主反射峰，剩余三個峰消失。當(dāng)外界磁場強度發(fā)生變化時，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，通過測量反射峰的漂移量，可以得到磁場強度的變化。

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，確保了測量的準(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傳感器的靈敏度。

附圖說明

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。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。

參見附圖1，一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場傳感器，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傳感器，其工作方式為：光源(1)發(fā)出的光通過光纖環(huán)形器(2)的a端口傳輸?shù)焦饫w環(huán)形器(2)，再通過光纖環(huán)形器(2)的b端口傳輸?shù)絺鞲蓄^(3)，光在經(jīng)過布拉格光纖光柵時，特定波長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)過光纖環(huán)形器(2)的c端口傳輸?shù)焦庾V儀(5)，得到實時的光譜圖。當(dāng)外界磁場強度發(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，通過測量諧振峰波長漂移量便可以得到外界磁場強度的大小，實現(xiàn)對外界磁場強度的實時傳感。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于柚子型光纖和布拉格光纖光柵的磁場傳感器，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)外界磁場強度變化時，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，通過測量諧振峰波長漂移量便可以得到外界磁場強度的大小，實現(xiàn)對外界磁場強度的實時傳感。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，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
受保護的技術(shù)使用者：中國計量大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.04.12
技術(shù)公布日：2017.08.18