[实用新型]一种基于磁流体包覆的全光纤磁场传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及传感器领域，具体涉及一种基于磁流体包覆的全光纤磁场传感器。

背景技术

磁场测量在诸多科学研究和工程技术领域具有重要意义，特别是在电力系统、电磁兼容及微波技术等领域具有广泛应用。例如，在电磁科学研究中，磁场测量可以作为检验电磁理论计算是否准确的有效手段，为许多难以计算的磁场环境提供测量数值；在电力工业，磁场测量可用于电力系统状态检测、电气设备内外磁场分布测量等；在电磁兼容领域研究中，磁场测量可用于检测电气、电子设备的对外电磁辐射与干扰，以及研究环境磁场对电子仪器运行的影响；在微波技术中，需要对微波发射与接收设备周围磁场进行测量。

磁场测量离不开磁场传感器，传感器通常要能够对被测磁场的扰动尽可能地小；对于瞬态或脉冲磁场的测量要求传感器的相应频带宽度和动态范围要尽可能大，以使得传感器信号尽可能不失真。传统的电磁场测量系统通常使用有源金属探头，这会扰乱被测电磁场的分布。并且，传输测量信号的金属电缆会受到电磁噪声的干扰。基于光学原理的电磁场传感器表现出很大的优势：很好的电磁绝缘性、高灵敏度、安全性能高、体积小、重量轻等。

现有的基于磁致伸缩效应的光纤磁场传感器基本原理为：将光纤缠绕在磁致伸缩材料上或在光纤表面上镀一层均匀的磁致伸缩材料薄膜。磁致伸缩材料在磁场作用下产生伸缩效应，从而引起光纤长度的改变，利用Mach-Zehnder干涉仪或者光纤光栅可检测出这种变化，由此得到被测磁场强度。磁致伸缩材料属于铁磁材料，具有铁磁材料固有的磁滞效应、磁饱和以及非线性等特性，使得该类传感器的结构相对复杂，稳定性较差。基于法拉第效应的磁场传感器是一类较为经典的磁场传感器，其基本原理是依据磁光材料的法拉第效应。基于磁光玻璃法拉第效应的磁场传感器部分为空间光传输，光路结构复杂，整体体积较大。基于全光纤结构法拉第效应的磁场传感器由于光纤的费尔德常数较小，灵敏度一般比较低，为了增加灵敏度，需要使用费尔德常数较高的特种光纤或者大幅度增加传感光纤的长度，这都大大增加的系统成本和复杂度。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种基于磁流体包覆的全光纤磁场传感器，光路结构简单，由于全光纤传输，传输损耗低，灵敏度较高，且整体制作容易，制作成比低，稳定性较高。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种基于磁流体包覆的全光纤磁场传感器，包括SLED宽带光源、输入单模光纤、光纤磁场传感头、磁场发生装置、输出单模光纤、光谱仪。宽带光源输出的光信号，经过输入单模光纤，进入光纤磁场传感头，其输出光谱在磁场发生装置作用下发生变化，通过输出多模光纤最终记录在光谱仪上，光纤磁场传感头为多模光纤两端分别与输入单模光纤、输出单模光纤无偏芯熔接，并在多模光纤段包覆磁流体，所述多模光纤段为拉锥机拉锥而成的微纳光纤。

作为优选，所述宽带光源的中心波长1550nm，输出光功率30mW。

作为优选，所述磁场发生装置用于产生0-200Gs的磁场。

本实用新型具有以下有益效果：

光路结构简单，由于全光纤传输，传输损耗低，灵敏度较高，且整体制作容易，制作成比低，稳定性较高。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种基于磁流体包覆的全光纤磁场传感器，包括 SLED宽带光源1、输入单模光纤2、光纤磁场传感头3、磁场发生装置4、输出单模光纤5、光谱仪6。宽带光源1输出的光信号，经过输入单模光纤2，进入光纤磁场传感头3，其输出光谱在磁场发生装置4作用下发生变化，通过输出多模光纤5最终记录在光谱仪6上。其中磁场传感头结构为：多模光纤两端分别与输入单模光纤、输出单模光纤无偏芯熔接，并通过拉锥机对多模光纤段为进行拉锥形成微纳光纤，整个传感头放置在一个玻璃基底上，并在玻璃基底上旋涂一层低折射率的硅凝胶作为粘接剂。多模光纤拉锥到几um直径时，原来纤芯和包层已经融合在一起，微纳光纤外面包覆的磁流体作为新的包层，磁流体的折射率在磁场作用下发生变化会导致传感区不同模式之间相位差发生变化，从而使得整个干涉仪结构输出光谱发生变化。

所述宽带光源的中心波长1550nm，输出光功率30mW。

所述磁场发生装置用于产生0-200Gs的磁场。