專利名稱：光纖磁場傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖傳感技術(shù)，特別涉及一種基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器及基于該傳感器的磁場測試儀。
背景技術(shù)：
磁性液體是一種由納米級的強(qiáng)磁性顆粒彌散在基液中所形成的穩(wěn)定的膠體體系， 它既具有固體物質(zhì)的磁性，又具有液體的流動性，是一種新型的功能材料。在外部磁場的作用，磁性液體具有很強(qiáng)的磁光效應(yīng)，是一種新型的光學(xué)材料。光纖是一種很好的光傳輸波導(dǎo)，具有重量輕、體積小、傳輸距離長、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，使其在通信中可得到廣泛的應(yīng)用。但是外界因素往往引起光纖中光強(qiáng)的變化，利用該特性可以來測量各種物理量。因此，光纖傳感在軍事、工業(yè)、民用等各個領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和研究。目前，改變光纖中光強(qiáng)的變化主要有以下幾種改變光纖的彎曲狀態(tài)；改變光纖的耦合條件；改變光纖對光波的吸收特性；改變光纖中的折射率分布等等。經(jīng)對現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，J. J. Chieh等在《Journal of Applied Physics)) 2005 年上發(fā)表了 "Dynamic response of optical-fiber modulator by using magnetic fluid as cladding layer”，該文中提出了，利用磁性液體作為腐蝕后的光纖包層，光纖的出射光強(qiáng)隨磁場大小變化而變化特性進(jìn)行光傳感，其不足光纖腐蝕不好控制。2006年上海交通大學(xué)的樸勝利等人在《Journal of Applied Wiysics》發(fā)表了 “Fiber-optic evanescent field modulator using a magnetic fluid as the cladding，，,該文中指出在光纖拉伸處包裹上磁性液體，光纖的出射光強(qiáng)亦隨磁場的變化而變化。它們都是利用磁性液體的折射率隨磁場的變化而變化，從而引起光纖內(nèi)部的光在光纖表面與磁性液體之間的交界面處傳輸變化，從而相應(yīng)地光纖在該段的傳輸特性發(fā)生了變化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明基于光纖的腐蝕和拉伸的不易控制，提供一種基于光纖彎曲損耗原理的光纖磁場傳感的裝置，通過光纖的光強(qiáng)度變化檢測磁場的目的。磁性液體的折射率可以通過施加外部磁場來調(diào)節(jié)，導(dǎo)致光纖內(nèi)部的部分光在光纖和磁性液體交界面處的光透射特性變化，進(jìn)而可實(shí)現(xiàn)磁場檢測的目的。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是—種基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制型光纖磁場傳感器，在裸露的多模(或單模)光纖包覆上磁性液體，再把該段光纖彎曲到臨界彎曲半徑，從而形成了光纖磁場傳感
ο所述的振幅調(diào)制性光纖磁場傳感器如圖2。一種基于該光纖磁場傳感器的磁場測試儀，該磁場測試儀包LD光源、3dB光纖耦合器、光纖磁場傳感器、光電探測器、數(shù)據(jù)接收及信號處理裝置。其中LD光源發(fā)出的光通過 3dB光纖耦合器將光分成兩束，分別傳輸?shù)酱艌鰝鞲衅骱蛥⒖脊饴?；磁場傳感器的光信號和參考光路中的光信號分別傳送到兩個光電探測器轉(zhuǎn)化成電信號，電信號送入數(shù)據(jù)接收及
信號處理裝置。若干個磁場傳感器可以通過并聯(lián)組網(wǎng)形成準(zhǔn)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)。本發(fā)明提供的基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器具有體積小、系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定性好、安全可靠、容易組網(wǎng)、傳感器性能可根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)計等獨(dú)特優(yōu)勢。附

圖1為本發(fā)明基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器的磁場測試儀的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖2為本發(fā)明基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器；圖中基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器1 (包括有保護(hù)套的光纖8、光纖裸露段9、封裝膠10、封裝細(xì)管(阻燃、有韌性)11、磁性液體1 、LD光源 2、有保護(hù)套的連接光纖3、3dB光纖耦合器4、光電探測器5和6、數(shù)據(jù)接收及信號處理裝置 7。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。附圖2分別是本發(fā)明基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；附圖1分別是本發(fā)明基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器的磁場測試儀的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，本實(shí)施例為一基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器一根有保護(hù)套的多模(或單模)光纖8、光纖裸露段9、封裝膠10、封裝細(xì)管(阻燃、 有韌性)11、磁性液體12。如圖Ia所示，本實(shí)施例為一種基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器的磁場測試儀基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器1 (包括有保護(hù)套的光纖8、光纖裸露段9、封裝膠10、封裝細(xì)管(阻燃、有韌性)11、磁性液體12)、 LD光源2、有保護(hù)套的連接光纖3、3dB光纖耦合器4、光電探測器5和6、數(shù)據(jù)接收及信號處
理裝置7。如圖1所示，本實(shí)施例工作時，基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器1要彎曲到一定程度，到底彎曲到何種程度，將視被測場所的磁場分布情況而定。 當(dāng)磁場與光纖平行時，磁性液體的折射率隨磁場的增大而增大，所以此時光纖彎曲程度要大，這樣當(dāng)磁場增大時，彎曲光纖段的損耗將變?。欢?dāng)磁場垂直于光纖時，光纖彎曲程度可以小一些，發(fā)生損耗，這樣當(dāng)磁場增大時，彎曲光纖段的損耗將增大。因此，當(dāng)存在磁場時，磁性液體12的折射率變化，使得浸在磁性液體中的裸露的彎曲光纖段的損耗系數(shù)發(fā)生相應(yīng)的變化。假設(shè)浸在磁性液體中的裸露光纖段的損耗系數(shù)為α (X，H，R)，則經(jīng)過光纖磁場傳感器1后的純彎曲損耗Ls可表示為Ls = IOlog10 [exp (2 α L) ] = 8. 686 α L其中L是裸露光纖長度
磁場傳感器出來的光信號與參考光路中的光信號進(jìn)行比較，可以探測到施加在磁性液體上的磁感應(yīng)強(qiáng)度H。同時，通過參考光路的比較，可以降低LD光源波動的影響。
權(quán)利要求
1.一種基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制型光纖磁場傳感器1，其特征在于由一根有一小段裸露的光纖(8)組成，光纖為多?；騿文９饫w。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖磁場傳感器1，其特征在于一個光纖裸露段(9)浸在磁性液體(12)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制型光纖磁場傳感器，其特征在于其臨界彎曲半徑根據(jù)磁性液體的濃度不同而不同。
4.一種基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制型光纖磁場傳感器的磁場測試儀，其特征在于該磁場測試儀包括基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制傳感型光纖磁場傳感器1、LD光源2、有保護(hù)套的連接光纖3、3dB光纖耦合器4、光電探測器5和6、數(shù)據(jù)接收及信號處理裝置7。其中LD光源(1)發(fā)出的光通過3dB光纖耦合器(4)將光分成兩束，分別傳輸?shù)絺鞲衅?1)和參考光路，當(dāng)光經(jīng)過傳感器(1)后經(jīng)連接光纖(3)直接傳送到其中一個光電探測器(6)轉(zhuǎn)化成電信號，另一束傳輸?shù)絽⒖脊饴返墓庵苯觽魉偷搅硪粋€光電探測器(5)轉(zhuǎn)化成電信號，兩路電信號送入數(shù)據(jù)接收及信號處理裝置(7)進(jìn)行信號處理。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于磁性液體的彎曲光纖振幅調(diào)制型光纖磁場傳感器的磁場測試儀，其特征在于數(shù)據(jù)接收及信號處理裝置(7)的信號處理采用兩路電信號進(jìn)行比較法處理，根據(jù)兩路信號的比較值對應(yīng)出磁感應(yīng)強(qiáng)度。
全文摘要
光纖磁場傳感器，本發(fā)明公開了一種基于光纖的宏彎損耗和磁性液體的磁光效應(yīng)的強(qiáng)度型磁場傳感器，其特征為由多模(或單模)光纖和磁性液體組成。本發(fā)明還公開了強(qiáng)度型磁場傳感器的磁場測試儀，它包括LD光源、3dB光纖耦合器、振幅調(diào)制型光纖磁場傳感器、光電探測器、數(shù)據(jù)接收及信號處理裝置。本發(fā)明的技術(shù)特點(diǎn)是體積小、系統(tǒng)簡單、穩(wěn)定性好、安全可靠、容易組網(wǎng)、傳感器性能可根據(jù)實(shí)際需要來設(shè)計等獨(dú)特優(yōu)勢。
文檔編號G01R33/032GK102455418SQ20101051986
公開日2012年5月16日 申請日期2010年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月18日
發(fā)明者夏肆華, 王軍 申請人:寧波大學(xué)