CN104407311A - 一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器 - Google Patents

一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器 Download PDF

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丁国平
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Abstract

本发明是一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，该传感器包括超磁致伸缩薄片(1)和光纤光栅(2)，光纤光栅(2)粘贴在超磁致伸缩薄片(1)的侧面，垂直于磁致伸缩方向。本发明具有抗干扰能力强、可靠性高、无源性、便于构成传感网络等优点。

Description

一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器
技术领域
本发明涉及磁场传感与测量技术领域，具体涉及到一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器。
背景技术
超磁致伸缩材料在外加磁场作用下，在其磁化方向发生伸长或缩短，磁致伸缩系数可达1500～2000ppm，且具有响应频带宽、响应时间短、可靠性高的优点。将光纤光栅与超磁致伸缩材料结合可以将超磁致伸缩材料的应变转换为光纤光栅的中心反射波长的漂移，通过测量光纤光栅中心反射波长的漂移即可测量磁场的大小。这种磁场传感器具有抗干扰能力强、无源性、便于构成传感网络等独特优点。
然而，目前使用较多的基于光纤光栅的超磁致伸缩磁场传感器是将光纤光栅沿磁致伸缩方向粘贴在超磁致伸缩棒上，超磁致伸缩棒的长度通常为10～30mm，可用于空间较大的磁场测量，却难以用于狭窄间隙中的磁场测量，如磁力轴承或电机的气隙磁场测量等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，以实现狭窄间隙中的磁场测量。
本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括超磁致伸缩薄片和光纤光栅，光纤光栅粘贴在超磁致伸缩薄片的侧面。
进一步地，所述超磁致伸缩薄片是采用TeDyFe棒料切割制成的薄片。
进一步地，所述超磁致伸缩薄片的厚度方向为磁致伸缩方向，磁致伸缩系数为1500～2000ppm。
进一步地，所述超磁致伸缩薄片的厚度为1mm。
进一步地，所述超磁致伸缩薄片的横截面为方形，其长度大于光纤光栅的长度。
进一步地，所述光纤光栅为均匀光纤Bragg光栅。
进一步地，所述光纤光栅为去除涂覆层的裸光栅。
进一步地，所述光纤光栅沿着超磁致伸缩薄片的长度方向通过环氧树脂胶粘剂粘贴在超磁致伸缩薄片的侧面。
进一步地，所述光纤光栅垂直于磁致伸缩薄片的磁致伸缩方向。
本发明与现有技术相比具有以下的主要优点：
本发明的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，厚度仅1mm，远小于常规的超磁致伸缩磁场传感器的厚度10～30mm，经多次试验，该传感器的线性范围为0.09T～0.32T，灵敏度为525.93pm/T，可实现狭窄间隙中的磁场测量，如磁力轴承或电机的气隙磁场测量等，且具有抗干扰能力强、可靠性高、无源性、便于构成传感网络等优点。
附图说明
图1是本发明提供的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器的结构示意图。
图2为图1中基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器的性能测试装置示意图。
图3为本发明基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器的性能测试曲线。
图中：1.超磁致伸缩薄片；2.光纤光栅。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
本发明提供的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其结构如图1所示：包括超磁致伸缩薄片1和光纤光栅2。其中超磁致伸缩薄片1的磁致伸缩沿其厚度方向。光纤光栅2垂直于超磁致伸缩薄片1的磁致伸缩方向，其粘贴在沿超磁致伸缩薄片1的长度L方向的侧面上，形成基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器。
所述的超磁致伸缩薄片1是采用TeDyFe棒料切割制成的薄片。
所述超磁致伸缩薄片1的厚度t方向为磁致伸缩方向，磁致伸缩系数为1500～2000ppm。
所述超磁致伸缩薄片1的厚度t为1mm。
所述超磁致伸缩薄片1的横截面为方形，其长度L大于光纤光栅2的长度，其宽度w由具体应用场合的尺寸决定。
所述光纤光栅2为均匀光纤Bragg光栅。
所述光纤光栅2为去除涂覆层的裸光栅。
所述光纤光栅2沿着超磁致伸缩薄片的长度方向，通过环氧树脂胶粘剂粘贴在超磁致伸缩薄片1的侧面。
本发明基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器的工作原理如图1所示：超磁致伸缩薄片1在外界磁场作用下，沿厚度方向产生拉应变(或压应变)，由于超磁致伸缩薄片2的体积基本保持不变，因此在长度和宽度方向产生压应变(或拉应变)，光纤光栅2通过测量长度方向的应变测量作用在磁致伸缩薄片1上的磁通密度。
本发明采用性能测试装置对上述薄片型超磁致伸缩磁场传感器进行静态性能测试，其测试方法是：通过直流电源对一对由硅钢片叠成的U型电磁铁加载直流电流，在U型电磁铁的气隙之间形成静态电磁场。超磁致伸缩磁场传感器粘贴在U型电磁铁的磁极的端面上，通过光纤光栅解调仪采集光纤光栅的中心波长漂移并将数据通过局域网传输给计算机。同时，通过高斯计及其探头监测U型电磁铁气隙中的磁通密度，通过高斯计的测量值对超磁致伸缩磁场传感器的灵敏度和线性范围进行标定。
所述性能测试装置的结构如图2所示，由直流电源、U型电磁铁、高斯计及其探头、光纤光栅解调仪、计算机组成，其中：直流电源的负极接地，直流电源的正极与U型电磁铁的线圈相连，两组线圈之间采用串联方式。高斯计的探头通过数据线与高斯计连接，光纤光栅解调仪与计算机之间通过局域网连接。高斯计与光纤光栅解调仪之间不连接，人工记录高斯计的测量数据与光纤光栅解调仪的测量数据进行对照，从而对超磁致伸缩磁场传感器的灵敏度和线性范围进行标定。
图3为经多次试验获得的上述薄片型超磁致伸缩磁场传感器的性能曲线，该传感器的线性范围为0.09T～0.32T，灵敏度为525.93pm/T。
通过测量光纤光栅的波长偏移测量作用在超磁致伸缩薄片的磁场，形成基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器。

Claims (9)

1.一种基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：该传感器包括超磁致伸缩薄片(1)和光纤光栅(2)，光纤光栅(2)粘贴在超磁致伸缩薄片(1)的侧面。
2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：所述超磁致伸缩薄片(1)是采用TeDyFe棒料切割制成的薄片。
3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：所述超磁致伸缩薄片(1)的厚度方向为磁致伸缩方向，磁致伸缩系数为1500～2000ppm。
4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：所述超磁致伸缩薄片(1)的厚度为1mm。
5.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：所述超磁致伸缩薄片(1)的横截面为方形，其长度大于光纤光栅(2)的长度。
6.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：所述光纤光栅(2)为均匀光纤Bragg光栅。
7.根据权利要求6所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：光纤光栅(2)为去除涂覆层的裸光栅。
8.根据权利要求7所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：光纤光栅(2)沿着超磁致伸缩薄片(1)的长度方向通过环氧树脂胶粘剂粘贴在超磁致伸缩薄片(1)的侧面。
9.根据权利要求8所述的基于光纤光栅的薄片型超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于：光纤光栅(2)垂直于超磁致伸缩薄片(1)的磁致伸缩方向。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105806377A (zh) * 2016-03-08 2016-07-27 武汉理工大学 Gma光栅传感数据降噪处理装置及方法
CN105905618A (zh) * 2016-04-28 2016-08-31 太原科技大学 一种磁致伸缩蛇形移动运输器及其运输方法
CN109813950A (zh) * 2019-01-10 2019-05-28 太原理工大学 一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器
CN111381199A (zh) * 2020-03-31 2020-07-07 华中科技大学 一种脉冲强磁场光学测量系统及方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1308379A (zh) * 2000-02-10 2001-08-15 东芝株式会社 超磁致伸缩材料和制造方法及其磁致伸缩致动器和传感器
CN101388433A (zh) * 2007-09-14 2009-03-18 有研稀土新材料股份有限公司 一种粘结磁致伸缩材料及其制备方法
WO2012047238A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Generator Diagnostic Services, Inc. Generator protection system
CN103760504A (zh) * 2014-01-16 2014-04-30 昆明理工大学 一种基于超磁致伸缩材料的光纤Bragg光栅空间磁场强度传感器及其使用方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1308379A (zh) * 2000-02-10 2001-08-15 东芝株式会社 超磁致伸缩材料和制造方法及其磁致伸缩致动器和传感器
CN101388433A (zh) * 2007-09-14 2009-03-18 有研稀土新材料股份有限公司 一种粘结磁致伸缩材料及其制备方法
WO2012047238A1 (en) * 2010-10-08 2012-04-12 Generator Diagnostic Services, Inc. Generator protection system
CN103760504A (zh) * 2014-01-16 2014-04-30 昆明理工大学 一种基于超磁致伸缩材料的光纤Bragg光栅空间磁场强度传感器及其使用方法

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张玲: "《基于超磁致伸缩材料的光纤光栅电流传感器》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
杨颖: "《磁光光纤Bragg光栅磁场传感特性研究》", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
王衡 等: "基于M_Z干涉仪的全光纤电流传感器_", 《传感器与微系统》 *
胡华东: "基于飞秒激光微加工的光纤磁场传感器研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》 *
赵凯岐 等: "《传感器技术及工程应用》", 31 January 2012, 中国电力出版社 *
魏光虎 等: "基于M_Z干涉仪的光纤电流传感器应用研究", 《传感器与微系统》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105806377A (zh) * 2016-03-08 2016-07-27 武汉理工大学 Gma光栅传感数据降噪处理装置及方法
CN105905618A (zh) * 2016-04-28 2016-08-31 太原科技大学 一种磁致伸缩蛇形移动运输器及其运输方法
CN109813950A (zh) * 2019-01-10 2019-05-28 太原理工大学 一种基于超磁致伸缩材料的光纤布拉格光栅电流互感器
CN111381199A (zh) * 2020-03-31 2020-07-07 华中科技大学 一种脉冲强磁场光学测量系统及方法
CN111381199B (zh) * 2020-03-31 2021-02-09 华中科技大学 一种脉冲强磁场光学测量系统及方法

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