本發(fā)明屬于光纖傳感
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別是涉及雙參量測量(磁場、溫度)光纖傳感技術(shù)。
背景技術(shù)：
：微弱磁場的測量已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于航空航天、信息存儲和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域。與用電子技術(shù)來監(jiān)測外界磁場強(qiáng)度的方法相比，光纖磁場傳感器靈敏度高、體積小，遠(yuǎn)程操作損耗低，因此受到更廣泛的關(guān)注。然而，光纖的主要成分是二氧化硅，光纖裝置本身對外界磁場強(qiáng)度的變化不敏感，將光纖裝置與磁性材料相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對外界磁場強(qiáng)度的測量，例如磁電阻材料、磁光材料等。利用磁流體的可調(diào)折射率特性，許多利用磁流體作為磁感應(yīng)材料的光纖磁場傳感器被相繼提出。將干涉結(jié)構(gòu)與磁流體封裝于毛細(xì)管，利用模式干涉及光纖光柵的特性對測量量的靈敏度不同，可以消除傳感測量中的交叉靈敏問題，從而可以做到雙參量甚至多參量測量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明提出并制作了一種錐結(jié)構(gòu)和花生錐結(jié)構(gòu)級聯(lián)光纖布拉格光柵的光纖磁場傳感器，輸出信號中存在光纖布拉格(FBG)透射峰和干涉峰，根據(jù)其對溫度和磁場的不同敏感性，可用其實(shí)現(xiàn)雙參量同時測量并消除交叉靈敏。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于錐結(jié)構(gòu)和花生錐結(jié)構(gòu)級聯(lián)光纖布拉格光柵的光纖磁場傳感器，包括磁流體涂覆的錐結(jié)構(gòu)和花生錐結(jié)構(gòu)、光纖布拉格光柵、寬帶光源、光譜分析儀、磁鐵、特斯拉計，錐結(jié)構(gòu)和花生錐結(jié)構(gòu)構(gòu)成的傳感結(jié)構(gòu)與磁流體封裝于毛細(xì)管中；寬帶光源的光經(jīng)入射端單模光纖依次通過錐結(jié)構(gòu)、花生錐結(jié)構(gòu)、光纖布拉格光柵經(jīng)出射端單模光纖傳輸?shù)降焦庾V分析儀。進(jìn)一步的，經(jīng)出射端單模光纖的輸出信號包含光纖布拉格光柵的透射峰和干涉峰，利用它們對磁場和溫度的不同靈敏度能夠?qū)崿F(xiàn)同時測量。進(jìn)一步的，錐結(jié)構(gòu)和花生錐結(jié)構(gòu)之間的長度為2.4cm，單模光纖纖芯直徑為8.3μm，包層直徑為125μm，在普通單模上寫制的光纖布拉格光柵在室溫條件下其中心波長為1534.03nm。進(jìn)一步的，該傳感結(jié)構(gòu)用于實(shí)現(xiàn)溫度和磁場的同時測量，方法具體為：觀察光譜圖，當(dāng)dip1和dipFBG發(fā)生波長漂移時，分別獲取dip1的波長改變量Δλ1和dipFBG的波長改變量ΔλFBG，使用下式計算獲得環(huán)境溫度變化量ΔT和磁場強(qiáng)度的變化量ΔH：ΔTΔH=1DKHFBG-KH1-KTFBGKT1Δλ1ΔλFBG]]>其中D＝KT1KHFBG-KTFBGKH1；式中，KT1、KH1分別為dip1對于溫度和磁場的敏感系數(shù)，KTFBG和KHFBG是dipFBG對于溫度和磁場的敏感系數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明提出了一種干涉型光纖磁場傳感器，結(jié)構(gòu)簡單且容易制作，只需要普通的單模光纖及刻寫在單模光纖中的光纖布拉格光柵。該傳感器中輸出信號包含干涉峰和FBG的透射峰，根據(jù)其對溫度和磁場的不同敏感性，可以實(shí)現(xiàn)對溫度和磁場的同時測量。該發(fā)明的干涉型傳感器在航天、環(huán)境檢測、醫(yī)療方面有著潛在的應(yīng)用價值。附圖說明圖1為本發(fā)明光纖磁場傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明圖1中傳感結(jié)構(gòu)放大示意圖；圖3為本發(fā)明光纖磁場傳感器的輸出信號譜；圖中：1.寬帶光源、2.入射端單模光纖、3.傳感結(jié)構(gòu)、4.磁鐵、5.特斯拉計、6.出射端單模光纖、7.光譜分析儀、8.錐結(jié)構(gòu)、9.花生錐結(jié)構(gòu)、10.光纖布拉格光柵(FBG)。具體實(shí)施方式實(shí)施例：本發(fā)明基于錐結(jié)構(gòu)和花生錐結(jié)構(gòu)級聯(lián)光纖布拉格光柵(FBG)的光纖磁場傳感器，如圖1、2所示。由磁流體涂覆的錐結(jié)構(gòu)8和花生錐結(jié)構(gòu)9、光纖布拉格光柵(FBG)10、寬帶光源(BBS)1、光譜分析儀(OSA)7、磁鐵4、特斯拉計5組成，錐結(jié)構(gòu)8和花生錐結(jié)構(gòu)9構(gòu)成的傳感結(jié)構(gòu)3與磁流體封裝于毛細(xì)管中。寬帶光源的光經(jīng)入射端單模光纖2依次通過錐結(jié)構(gòu)8、花生錐結(jié)構(gòu)9、光纖布拉格光柵10經(jīng)出射端單模光纖6傳輸?shù)降焦庾V分析儀7。所述的光纖布拉格光柵(FBG)10室溫條件下中心波長為1534.03nm，錐結(jié)構(gòu)8和花生錐結(jié)構(gòu)9之間的距離為2.4cm，單模光纖纖芯直徑為8.3μm，包層直徑為125μm。如圖1所示，本發(fā)明在同時對溫度和磁場進(jìn)行傳感時光路傳輸為：寬帶光源的光從入射端單模光纖2入射進(jìn)錐結(jié)構(gòu)8后，纖芯中的一部分光進(jìn)入包層激發(fā)起高階包層模式，其余的光繼續(xù)在纖芯中傳輸。包層中的光到達(dá)花生錐結(jié)構(gòu)9時，被重新耦合回纖芯，與纖芯中的光發(fā)生干涉。纖芯中的光繼續(xù)傳播經(jīng)過光纖布拉格光柵10后，滿足布拉格波長的光被反射，其余的光被透射通過出射端單模光纖6傳輸至光譜分析儀7中，監(jiān)測環(huán)境溫度和磁場的變化。使用磁流體涂覆的錐結(jié)構(gòu)8和花生錐結(jié)構(gòu)9級聯(lián)光纖布拉格光柵(FBG)10的光纖磁場傳感器進(jìn)行溫度和磁場的同時測量，具體方法為：觀察光譜圖，室溫下傳感器的透射譜為圖3。當(dāng)dip1和dipFBG發(fā)生波長漂移時，分別獲取dip1的波長改變量Δλ1和dipFBG的波長改變量ΔλFBG，敏感矩陣如下式所示：Δλ1ΔλFBG=KT1KH1KTFBGKH2ΔTΔH]]>式中，KT1、KH1分別為dip1對于溫度和磁場的敏感系數(shù)，KTFBG和KHFBG是dipFBG對于溫度和磁場的敏感系數(shù)。其中KT1、KH1以及KTFBG和KHFBG可以通過測量獲得，其中測量過程具體為：首先利用磁場傳感實(shí)驗(yàn)裝置測量磁場，如圖1所示，通過磁鐵外加磁場，磁場強(qiáng)度通過改變磁鐵與傳感結(jié)構(gòu)的距離而變化，利用特斯拉計測量磁場的強(qiáng)度，得到KH1和KHFBG。然后用所述傳感器對溫度進(jìn)行測量，將制作好的傳感器固定于恒溫板上，設(shè)置恒溫板溫度變化范圍為25℃-43℃，每隔2℃記錄一次數(shù)據(jù)，得到KT1和KTFBG。根據(jù)以上測量獲得敏感矩陣。使用敏感矩陣，獲得溫度和磁場的變化:ΔTΔH=1DKHFBG-KH1-KTFBGKT1Δλ1ΔλFBG]]>其中D＝KT1KHFBG-KTFBGKH1。應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明不限于這里的實(shí)施例，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示，按本發(fā)明構(gòu)思所做出的顯而易見的改進(jìn)和修飾都應(yīng)該在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3