[发明专利]一种磁流体和磁致伸缩套管的双磁敏光纤磁场传感探头

说明书

本发明是一种磁流体和磁致伸缩套管的双磁敏光纤磁场传感探头。它包括激光光源1、光纤跳线2、环形器3、光纤跳线4、传感探头5、光纤跳线6、探测器7，所述的传感探头5包括单模光纤5（1）、陶瓷插针5（2）、紫外胶5（3）、磁致伸缩套管5（4）、磁流体5（5）、陶瓷插针5（6）、单模光纤5（7），陶瓷插针5（2）和陶瓷插针5（6）相对插入磁致伸缩套管5（4）中，形成F‑P腔结构，陶瓷插针的两端面之间的距离作为F‑P腔的腔长，当存在磁场时，磁流体的折射率发生改变，从而改变F‑P腔的等效腔长，同时，磁致伸缩套管5（4）发生轴向伸缩，从而改变F‑P腔的光学腔长，通过解调输出光的相位变化就可以实现磁场的探测。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及一种磁流体和磁致伸缩套管的双磁敏光纤磁场传感探头，利用磁致伸缩套管的磁致伸缩效应和磁流体的磁致折射率可调特性实现磁场的探测。

背景技术

磁传感器是把磁场、电流、应力应变、温度、光等外界因素引起敏感元件磁性能变化转换成电信号，以这种方式来检测相位物理量的器件。传统的磁场传感器，如霍尔传感器、磁阻传感器、磁通门传感器和感应线圈传感器等虽然具有较为成熟的技术，但是由于其功耗大、体积大、结构复杂、易于受电磁干扰、对周围环境要求高等特点，使其在一些领域难以应用，不能够满足探测需求。而光纤磁场传感器继承了光纤传感器的优点，具有体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强、便于分布式多点探测、全光传输等突出优点，已成为磁场传感领域的研究热点。基于光纤的磁场传感器有多种，如基于光纤光栅结构的磁场传感器、基于F-P干涉结构的磁场传感器、基于倏逝波机理的磁场传感器和基于表面等离子体共振的磁场传感器等等，依据不同的传感性能可应用于不同的磁场合。

目前基于光纤的磁场传感器按照不同的传感机理主要有：基于磁致伸缩材料的光纤磁场传感器，主要利用磁致伸缩效应实现磁场传感，当存在磁场时，由于材料磁化状态的改变，材料的长度会发生微小的变化。通常采用在光纤传感区域镀膜的方法镀上一层具有正磁致伸缩特性（如Tb-Fe）的薄膜或者负磁致伸缩特性（Sm-Fe）的薄膜，或者采用粘接的方法将磁致伸缩套管和光纤结合起来，当在长度方向外加磁场时，正磁致伸缩薄膜伸长，负磁致伸缩薄膜缩短，从而带动光纤发生轴向的伸缩变化，进而改变光纤的光学长度，通过解调出相位量的变化，从而获得外界磁场的大小；基于磁流体的光纤磁场传感器，主要利用磁流体的磁致折射率可调特性实现磁场传感，由于磁流体的磁致折射率可调特性，磁流体的折射率在外加磁场下会发生变化，当外加磁场平行于传输光的方向时，磁流体的折射率随外加磁场的增加而增加，当外加磁场的方向垂直于传输光的方向时，磁流体的折射率随外加磁场的增加而减小，一般采用在光纤端面刻槽或者制作F-P腔体将磁流体和光纤相结合，当存在磁场时，磁流体的折射率发生变化，从而改变输出光的波长，通过解调输出光的变化，实现磁场的探测。

本发明采用将磁流体和磁致伸缩套管相结合的光纤磁场传感探头结构，利用磁流体的磁致折射率可调特性和磁致伸缩套管的磁致伸缩效应实现磁场的探测，可有效提高磁场探测灵敏度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磁流体和磁致伸缩套管双磁敏效应的光纤磁场传感探头的设计方案，能实现对磁场的探测。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：