[发明专利]一种基于磁流体填充的三芯空心光纤磁场和温度传感器

说明书

本发明提出了一种基于磁流体填充的三芯空心光纤磁场和温度传感器，以三芯光纤传感模块为敏感元件，三芯光纤传感模块包括外包层、内包层、第一空芯、第二空芯、第三空芯，三个空芯在空间上呈120°排列，将磁性液体和甘油液体分别填充到第一空芯和第三空芯从而得到两条液体波导，第二空芯不填充，两条液体波导输出的探测光分别和第二空芯输出的参考光相干涉，经光谱分析仪得到两个干涉光谱，利用磁流体的磁场敏感特性和甘油的温度敏感特性，检测干涉图像的漂移便可推算得到磁场和温度的变化。该光纤传感器既实现了磁场和温度的双参量同时测量的目的，又具有温度补偿能力，提高了磁场测量的精度。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，设计了一种基于磁流体填充的三芯空心光纤磁场和温度传感器，将磁流体和甘油对空心光纤进行填充，利用磁流体的磁场敏感特性和甘油的温度敏感特性，可用其实现对双参量的同时测量。

背景技术

磁场或与磁场相关的信息存在于自然界和人类社会生活等许多地方，磁传感器是可以将各种磁场和其变化的量转变成电信号输出的装置，因此，探测、采集、存储、转换、监控各种磁场和磁场中承载的各种信息的任务，而且近几年随着信息化、工业化、交通运输、电子技术等等的快速发展，使得磁场传感器得到更多的发展和应用。目前随着光纤器件的价格越来越低廉，种类越来越繁多，光纤通信技术也越来越成熟，出现了一种新型传感器技术，即光纤传感技术。将两者相结合组成了一种新型传感器，即光纤磁场传感器，它继承了两者的优点，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。

磁流体主要由纳米磁性颗粒、基液和表面活性剂组成，是一种兼具流动性和强磁性的新型智能材料。其具有丰富的光学特性，如可调谐折射率，可调谐透射率，双折射效应和热透镜效应等。目前，在实验基础上已研究了诸多基于磁流体的光学器件，基于磁流体的光学传感原理及应用在国内外都是一个热门的研究课题。

在现今的生产应用和生活中，大多光学传感器采用普通光纤，用其作为基础元件进而制作的光纤传感器一般只能测量单一变量，而且在双参量测量时会存在交叉敏感问题，从而在应用上就很大程度的限制了光纤传感器性能的上升空间。针对上述所提及的问题，本发明提出了一种基于磁流体填充的三芯空心光纤磁场和温度传感结构，既实现了磁场与温度双参量测量，又具有温度补偿能力，提高了磁场的测量精度。

发明内容

针对上述所提及的问题，本发明提出了一种基于磁流体填充的三芯空心光纤磁场和温度传感器，该传感器不仅实现了磁场与温度双参量测量，又具有温度补偿能力，提高了磁场测量的精度。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

如图1所示，一种基于磁流体填充的三芯空心光纤磁场和温度传感器，包括LD光源(1)、1×3耦合器(2)、第一光路匹配模块(3)、三芯光纤传感模块(4)、第二光路匹配模块(5)、光路干涉模块(6)、第一接收器(7-1)、第二接收器(7-2)、光谱分析仪(8)。如图2和图3所示，所述的三芯光纤传感模块(4)包括外包层(4-1)、内包层(4-2)、第一空芯(4-3)、第二空芯(4-4)、第三空芯(4-5)，第一空芯(4-3)填充磁流体，第二空芯(4-4)未进行填充，第三空芯(4-5)填充甘油，三根空心光纤的空间位置两两互为120°。

所述三芯光纤传感模块(4)长度为6～8cm，其中每个空芯直径均为50～100μm。

所述第一空心光纤(4-3)中填充的磁流体是一种水基磁流体，以Fe₃O₄纳米颗粒为磁性颗粒，采用亚油酸作为表面活性剂。

所述第一空芯(4-3)和第三空芯(4-3)两端未被液体填充长度为1～2mm。