一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器的制作方法

本发明属于光纤传感技术领域，尤其涉及一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器。

背景技术：

光子晶体光纤(photoniccrystalfiber，pcf)的空间结构比较灵活、导光机制较为独特，具有较低的色散、空气孔损耗和独特的无截止单模特性。在光子晶体光纤中写制布拉格光纤光栅与普通的光纤布拉格光栅相比，具有一些独特的性质。柚子型光纤是一种大空气孔结构的光子晶体光纤，包层中有6个对称分布的柚子型空气孔。在柚子型光纤中写制布拉格光纤光栅，在空气孔中填充不同的特殊液体，可以制作成测量温度、磁场和电场等的不同传感器。

磁流体是纳米尺寸的磁性粒子(如cofe3o4、mnfe2o4、fe3o4等)弥散在非磁性溶剂(如水、煤油、庚烷等)中形成的稳定胶体系统，是一种具有随外加磁场强度而有可控流变特性的特殊的新型纳米材料。光纤磁场/电流传感器有着传统磁场/电流传感器所不具有的抗电磁干扰、动态有效工作范围大、频带宽、本质安全、能适应恶劣环境的影响、不会产生磁芯饱和现象的优点。利用电流对光纤光栅的中心波长的热调谐，或将光纤光栅粘贴在弹性悬臂梁或超磁致伸缩材料上，并采用不同的温度补偿方式实现电流和磁场传感，目前已取得积极的研究成果。但是，这些传感器的探头体积大、转化效能低、灵敏度和精度受到影响。

技术实现要素：

为了解决上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器，该传感器具有灵敏度高，成本低，实用性高等优点。

本发明所采用的技术方案为：一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器，包括光源(1)、光纤环形器(2)、传感头(3)、光谱仪(4)、布拉格光纤光栅(5)、柚子型光纤(6)和磁流体(7)。光源(1)的输出端与光纤环形器(2)的a端口连接，光纤环形器(2)的b端口与传感头(3)的左端连接，光纤环形器(2)的c端口与光谱仪(4)的输入端连接；其特征在于，所述的传感头(3)由布拉格光纤光栅(5)、柚子型光纤(6)和磁流体(7)组成，左端连接光纤环形器(2)，右端用紫外胶封住，柚子型光纤(6)的空气孔中填充了磁流体(7)，纤芯刻有布拉格光纤光栅(5)。

所述的光源(1)为宽带光源，波长范围为1500nm-1700nm。

所述的布拉格光纤光栅(5)的栅区长度为12mm，四个谐振峰的波长依次为1551.304nm、1558.384nm、1562.152nm、1565.940nm，波长1565.940nm对应的谐振峰满足纤芯耦合的布拉格条件，是光栅的主反射峰，深度达到了21db。

所述的柚子型光纤(6)的包层中有6个对称分布的柚子型空气孔，两两间壁厚1.82μm，孔间距为21.7±1.5μm，纤芯直径为11.2±1.0μm，纤芯折射率为1.479，包层直径为125±5μm，包层折射率为1.457，传感头(3)用20mm长的柚子型光纤制作。

所述的磁流体(7)为一种以水为基质的稳定性磁性液体，纳米粒子直径为10nm，密度为1.8g/cc，饱和磁化强度为220gauss。

本发明的工作原理是：在柚子型光纤的6个空气孔中填充磁流体，运用低压抽入法将磁流体移动到栅区部位，由于磁流体具有很强的吸收特性，包层模被吸收，此时在光谱仪上只能看到主反射峰，剩余三个峰消失。当外界磁场强度发生变化时，磁流体折射率发生改变，从而布拉格光纤光栅的反射峰发生漂移，通过测量反射峰的漂移量，可以得到磁场强度的变化。

本发明的有益效果是：光纤传感器具有抗电磁干扰的优点，确保了测量的准备性，并且磁流体内嵌于柚子型光纤的空气孔，相比较外覆磁流体，折射率的改变对布拉格光纤光栅的影响较大，所以在一定程度上增加了该磁场传感器的灵敏度。

附图说明

图1是本发明的一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器特征装置示意图。

图2是本发明的柚子型光纤的截面图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

参见附图1，一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器，其特征在于：由光源(1)、光纤环形器(2)、传感头(3)、光谱仪(4)、布拉格光纤光栅(5)、柚子型光纤(6)和磁流体(7)组成。光源(1)的输出端与光纤环形器(2)的a端口连接，光纤环形器(2)的b端口与传感头(3)的左端连接，光纤环形器(2)的c端口与光谱仪(4)的输入端连接；其特征在于，所述的传感头(3)由布拉格光纤光栅(5)、柚子型光纤(6)和磁流体(7)组成，左端连接光纤环形器(2)，右端用紫外胶封住，柚子型光纤(6)的空气孔中填充了磁流体(7)，纤芯刻有布拉格光纤光栅(5)。

一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器，其工作方式为：光源(1)发出的光通过光纤环形器(2)的a端口传输到光纤环形器(2)，再通过光纤环形器(2)的b端口传输到传感头(3)，光在经过布拉格光纤光栅时，特定波长的光被耦合到反向传输的纤芯模中，这部分光从传感头(3)左端输出，光再经过光纤环形器(2)的b端口传输到光纤环形器(2)，光之后经过光纤环形器(2)的c端口传输到光谱仪(5)，得到实时的光谱图。当外界磁场强度发生改变，内嵌于柚子型光纤(6)空气孔中的磁流体(7)折射率发生改变，从而布拉格光纤光栅(8)的谐振峰发生漂移，通过测量谐振峰波长漂移量便可以得到外界磁场强度的大小，实现对外界磁场强度的实时传感。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种基于柚子型光纤和布拉格光纤光栅的磁场传感器，它由光源1、光纤环形器2、传感头3、光谱仪4、和布拉格光纤光栅5、柚子型光纤6、磁流体7组成，柚子型光纤6的空气孔中填充了磁流体7，纤芯刻有布拉格光纤光栅5，左端连接光纤环形器2，右端用紫外胶封住。当外界磁场强度变化时，柚子型光纤空气孔中的磁流体折射率发生改变，从而布拉格光纤光栅的谐振峰发生漂移，通过测量谐振峰波长漂移量便可以得到外界磁场强度的大小，实现对外界磁场强度的实时传感。本发明结构简单，成本低，灵敏度高，使用方便。

技术研发人员：董新永;刘益民;包立峰
受保护的技术使用者：中国计量大学
技术研发日：2017.04.12
技术公布日：2017.08.18