[发明专利]一种基于双F-P结构的光纤磁场和温度传感探头

说明书

本发明是一种基于双F‑P结构的光纤磁场和温度传感探头。包括激光光源（1）、光纤环形器（2）、传感探头（3）、信号处理模块（4），所述的传感探头（3）包括包层（3‑1）、第一纤芯（3‑2）、第二纤芯（3‑3）、第一刻槽（3‑4）、第二刻槽（3‑5）、反射膜片（3‑6），第一刻槽（3‑4）填充磁流体，第二刻槽（3‑5）填充甘油，反射膜片与两个刻槽端面构成双法布里‑珀罗谐振腔。利用磁流体的磁场敏感特性和甘油的温度敏感特性，由磁场和温度的变化，磁流体和甘油的折射率将发生改变，从而改变F‑P腔的等效腔长，最终导致两相干光之间相位差的变化，通过检测干涉信号的变化，可实现温度和磁场的双参量测量。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，特别涉及一种基于双F-P结构的光纤磁场和温度传感探头。

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，因此被广泛用于探测、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中，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。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，在二十世纪七十年代末发展起来一门不同于传统的传感器技术,即光纤传感技术。将磁场传感技术与光纤传感技术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。基于光纤的磁场传感器有很多种，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。

光纤法布里-珀罗传感器是基于F-P干涉仪的基础而设计。由于光纤F-P传感器本身对磁场、温度等外部因素不敏感，就需要通过填充敏感材料、使用敏感材料进行封装或者间接的利用机械机构来实现对待测参量的测量，从而实现相应的传感器。光纤F-P传感器的传感原理可通过两种途径来实现：一是固定腔内介质折射率不变，改变几何腔长，如应变、温度等使得F-P谐振腔的腔长变大或变小，导致输出反射光谱周期发生变化，解调输出干涉光谱的周期变化量即可达到检测被测量的目的，利用几何腔长变化检测被测量的输出光谱；二是固定几何腔长不变，改变腔内介质折射率，如将折射率可控的液体敏感材料填充入光纤F-P的谐振腔内，感受外界被测变量，比如温度、磁场等，液体折射率变化带来F-P腔等效腔长的变化，使得光纤F-P传感器的输出干涉光谱发生相应的波长漂移，通过检测光谱漂移量来达到测量的目的。

在现今的生产应用和生活中，大多光学传感器采用单芯标准光纤，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。双芯光纤是同一个包层内包含两个纤芯的光，每个纤芯都是一条光波导，即一根双芯光纤中集成了两根单芯光纤，大大提高了传感器的精度。

发明内容

针对上述所提及的问题，本发明提出了一种基于双F-P结构的光纤磁场和温度传感探头的设计方案，通过固定F-P谐振腔的几何腔长不变，改变腔内敏感介质折射率的方法来实现温度磁场双参量测量，这是由于磁场和温度都会使磁流体的折射率发生变化，而甘油液体只受温度的调制，外界磁场变化对甘油折射率几乎没有影响，所以传感探头既可实现磁场和温度的双参量同时测量，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：