[发明专利]一种基于磁流体的双芯LPG温度-磁场传感探头

说明书

本发明设计了一种基于磁流体的双芯LPG温度‑磁场传感探头，包括宽带光源、光纤链路、传感探头和光谱仪，其中传感探头是在双芯光纤两端进行无偏芯熔接两根单模光纤，并在双芯光纤的其中一根纤芯上刻写LPG，在另一根纤芯和包层处利用飞秒激光微加工制作梯形微腔结构并填充磁流体，最后用金属铝和环氧树脂胶进行封装。本传感探头可以实现磁场和温度双参量测量，利用磁流体的折射率因外界磁场改变而改变，导致包层有效折射率发生改变，从而改变谐振波长；当外界温度改变时，利用金属铝套管和环氧树脂胶较好的热膨胀性，使LPG的周期发生改变，从而改变长周期光纤光栅透射光的谐振波长。最后由光谱仪测量得到的谐振波长的变化情况来测量温度与磁场。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于磁流体的双芯LPG温度-磁场传感探头。

背景技术

近几年来，我国科技得到了迅速的发展，光纤传感器的检测技术有了重大的突破，且广泛的应用于军事制导、航空航天、地质勘测、工业检测和电力系统等领域。与传统的传感器相比，光纤传感器具有体积小、耐腐蚀、抗电磁干扰能力强和非接触测量等优点，因此广泛应用于复杂多变的环境中。

光纤光栅传感器是很重要的光纤传感器之一，光纤光栅是对光纤纤芯的折射率进行周期性调制而形成的，按周期大小来分有布拉格光纤光栅(FBG:Fiber Bragg Grating)和长周期光纤光栅(LPFG:Long PeriodFiber Grating)。长周期光纤光栅的光谱特性是前向传输的纤芯导模和包层导模之间发生耦合的结果，与布拉格光纤光栅相比，不仅具有较高的温度灵敏度，而且长周期光纤光栅没有背向反射光，不会对光源的稳定性造成影响，因此常被用作光纤温度传感器。

磁流体又称磁性液体、铁磁流体或者磁液，是磁性纳米颗粒Fe₃O₄在表面活性剂的包裹作用下，均匀分散在基载液中形成的一种胶体溶液，既有液体的流动性又有固体磁性物质的磁性。磁流体有丰富的光学性质，如热透镜效应、磁致双折射效应和可调折射率特性等，而磁流体在光纤磁场传感器中的应用主要是基于其折射率可调特性，即在磁场作用下磁流体的折射率会发生变化，常被用来制作光纤磁场传感器。

双芯光纤作为一种新型的特种光纤，具有特殊的折射率分布特性。双芯光纤是在同一根光纤中分布两个相对平行的纤芯，光波在一根纤芯中传输时，会有部分能量泄露出，进入另一根纤芯，发生能量和信息的交换。双芯光纤分类方式很多，按照物理结构分，有同轴双芯光纤和非同轴双芯光纤；按位置分类，有对称和非对称双芯光纤。对称双芯光纤的两个纤芯对称分布在光纤的圆心，非对称的双芯光纤一般有一个纤芯在光纤圆心处，另一个纤芯偏移圆心一段距离。因此双芯光纤的独特结构，常被制作成光纤传感器。

本发明设计了一种基于磁流体的双芯LPG温度-磁场传感探头，利用磁流体的磁致折射率可调特性来测量磁场强度，利用长周期光纤光栅和双芯光纤的独特结构来测量温度，并对磁场测量进行温度补偿。

发明内容

本发明设计了一种基于磁流体的双芯LPG温度-磁场传感探头，可以实现对磁场和温度的双参量测量。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：