CN113933763A - 基于光纤的磁场强度检测装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及基于光纤的磁场强度检测装置，具体而言，涉及磁场检测领域。本申请提供的基于光纤的磁场强度检测装置，装置包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、超磁致伸缩部；光线从第一光纤进入第二光纤，由于第二光纤为空心光纤，光线将在第二光纤内部干涉，之后干涉的光线通过第三光纤输出，当需要对磁场强度进行检测时，黏附在第二光纤的超磁致伸缩部在磁场的作用下将带动第二光纤产生形变，形变具体表现为第二光纤的纵向拉伸和横向扩张，通过对透射光谱的检测就能到得出磁致伸缩材料的形变情况，从而得出磁场强度。

Description

基于光纤的磁场强度检测装置

技术领域

本申请涉及磁场检测领域，具体而言，涉及一种基于光纤的磁场强度检测装置。

背景技术

磁场是一种看不见摸不着的特殊物质，磁场不是由原子或分子组成的，但磁场是客观存在的。磁场检测技术在国防制导、生物医药、高压电网、海底探测、工业生产、生命健康等领域中发挥着重要的作用。磁场传感器的本质是把被测磁场的特征参量转化为可监测信息变化的设备，从而被人感知。

现有技术中，对磁场的测量主要是通过基于霍耳效应、旋转线圈或洛伦兹力对磁场进行测量。

但是，基于霍耳效应、旋转线圈磁强计和基于洛伦兹力的磁场传感机制的传感部分易受周围环境的干扰，包括地面振动和空气绕到等因素，测量磁场的测量精度偏低，获得的磁场测量结果不准确。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于光纤的磁场强度检测装置，以解决现有技术中基于霍耳效应、旋转线圈磁强计和基于洛伦兹力的磁场传感机制的传感部分易受周围环境的干扰，包括地面振动和空气绕到等因素，测量磁场的测量精度偏低，获得的磁场测量结果不准确。

为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种基于光纤的磁场强度检测装置，装置包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、超磁致伸缩部；第一光纤和第三光纤均为单模光纤，第二光纤为空心光纤，第二光纤的一端与第一光纤的一端相连接，第二光纤的另一端与第三光纤的一端相连接，超磁致伸缩部均匀黏附于第二光纤的表面。

可选地，该超磁致伸缩部的长度等于或略小于所述第二光纤的长度。

可选地，该装置还包括金属颗粒层，金属颗粒层设置于第二光纤和超磁致伸缩部之间。

可选地，该金属颗粒层的材料为贵金属材料。

可选地，该超磁致伸缩部的形状为两边高中间低的凹弧状。

可选地，该超磁致伸缩部的形状为两边低中间高的突起圆弧状。

可选地，该超磁致伸缩部在与所述金属颗粒层相接触的一侧设置多个凹槽。

可选地，该超磁致伸缩部上的凹槽形状为方形、半圆形，各个凹槽之间的间距相等。

本发明的有益效果是：

本申请涉及基于光纤的磁场强度检测装置，具体而言，涉及磁场检测领域。本申请提供的基于光纤的磁场强度检测装置，装置包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、超磁致伸缩部；光线从第一光纤进入第二光纤，由于第二光纤为空心光纤，光线将在第二光纤内部干涉，之后干涉的光线通过第三光纤输出，当需要对磁场强度进行检测时，黏附在第二光纤的超磁致伸缩部在磁场的作用下将带动第二光纤产生形变，形变具体表现为第二光纤的纵向拉伸和横向扩张，纵向拉伸使得第二光纤空心腔长变长，引起干涉后的透射谱峰值波长随之发生漂移，横向扩张使得第二光纤中的光纤产生损耗，引起透射光谱强度的变化，通过对透射光谱的检测就能到得出磁致伸缩材料的形变情况，从而得出待测磁场的强度。由于本申请的磁场强度测量装置通过探测透射光谱的变化来检测磁场强度，由于光的变化是灵敏的，故该本设计有灵敏度高的优点；且由于本磁场测量装置使用的空心光纤区别于传统的光纤，空心光纤中心为空气，因此空心光纤受力更易形变，对力的接收更敏感，更进一步的增加了该装置的灵敏性。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；

图2为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；

图4为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图。

图5为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图。

图标：10-第一光纤；20-第二光纤；30-第三光纤；40-超磁致伸缩部；50-金属颗粒层。

具体实施方式

使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1为本发明一实施例提供的一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；如图1所示，本申请提供一种基于光纤的磁场强度检测装置，装置包括：第一光纤10、第二光纤20、第三光纤30、超磁致伸缩部40；第一光纤10和第三光纤30均为材料相同的单模光纤，第二光纤20为空心光纤，第二光纤20的一端与第一光纤10的一端相连接，第二光纤20的另一端与第三光纤30的一端相连接，超磁致伸缩部40均匀黏附于第二光纤20的表面，超磁致伸缩材料40采用Mn0.98Ni0.02CoSi合金。对磁场强度进行检测时，光线从第一光纤10进入第二光纤20，由于第二光纤20为空心光纤，光线将在第二光纤20内部进行干涉，之后干涉的光线通过第三光纤30输出，黏附在第二光纤20的超磁致伸缩部40在磁场的作用下将带动第二光纤20产生形变，形变具体表现为第二光纤20的纵向拉伸和横向扩张，纵向拉伸使得第二光纤20空心腔长变长，引起干涉后的透射光谱峰值波长随之发生漂移，横向扩张使得第二光纤20中的光纤产生损耗，引起透射光谱强度的变化，通过对透射光谱的检测就能到得出超磁致伸缩部40的形变情况，从而得出磁场强度。

本申请提供的基于光纤的磁场强度检测装置具体的有益效果为：本本申提供的装置通过对超磁致伸缩部40在磁场的作用下将引起的第二光纤20产生形变，形变具体表现为第二光纤20的纵向拉伸和横向扩张，纵向拉伸使得第二光纤20空心腔长变长，引起干涉后的透射光谱峰值波长随之发生漂移，横向扩张使得第二光纤20中的光纤产生损耗，引起透射光谱强度的变化，通过对透射光谱的检测就能到得出超磁致伸缩部40的形变情况，从而得出磁场强度。第一，由于本申请的磁场强度测量装置通过探测透射光谱的变化来检测磁场强度，光的变化是灵敏的，故该本设计有灵敏度高的优点。第二，由于本磁场测量装置使用的空心光纤区别于传统的光纤，空心光纤中心为空气，因此空心光纤受力更易形变，对力的接收更敏感，更进一步的增加了该装置的灵敏性。第三，由于本磁场强度测量装置通过同一透射光谱就能反映第二光纤20纵向和横向的形变，实现同一透射光谱反映两个变量，简化了探测手段。第四，超磁致伸缩材料40采用Mn0.98Ni0.02CoSi合金，该材料在室温附近低有可逆的大磁致伸缩效应，且其原材料是由过渡族元素和主族元素构成，其成本远低于稀土-过渡族合金制成的超磁致伸缩材料，使用该材料在不降低探测灵敏度的情况下，降低了制造成本，且在室温下也能进行探测。第五，光纤具有抗干扰能力强，抗腐蚀性强等优点，故设计抗干扰能力强，使用寿命长。

可选地，该超磁致伸缩部40的长度等于或略小于所述第二光纤20的长度。

由于超磁致伸缩部40的长度等于或略小于所述第二光纤20的长度，超磁致伸缩部40不与实心的第一光纤10和第三光纤30相连接，使得超磁致伸缩部40测量磁场时能最大限度的带动第二光纤20形变的同时，还不受第一光纤10和第三光纤30制约，最大限度的保证了该装置的测量灵敏度。

图2为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；如图2所示，装置还包括金属颗粒层50，金属颗粒层50设置于所述第二光纤20和超磁致伸缩部40之间，金属颗粒层50中的金属颗粒为贵金属银或金，金属颗粒的尺寸为10nm到100nm。

对磁场强度进行检测时，超磁致伸缩部40在磁场的作用下将带动金属颗粒层50和第二光纤20产生纵向拉伸和横向扩张的形变，该形变使得金属颗粒层50中的纳米贵金属颗粒之间的间距发生变化，相当于改变了电荷在两相邻单元间振动的距离，引起共振波长的变化，从而导致透射光谱漂移变化更大，更加的提高了该装置的灵敏性。

图3为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；如图3所示，可选地，超磁致伸缩部40的形状为两边高中间低的凹弧状。

由于超磁致伸缩部40的形状为两边高中间低的凹弧状，在受到磁场作用时，两边高的部分向外扩张的形变程度将大于中间部分，使得金属颗粒层50和第二光纤20也呈凹弧状形变，更进一步的增加了金属颗粒层50中纳米贵金属颗粒间距变化，透射光谱漂移变化更大，更加的提高了该装置的灵敏性。

图4为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；如图4所示，可选地，超磁致伸缩部40的形状为两边低中间高的突起圆弧状。

由于超磁致伸缩部40的形状为两边低中间高的突起圆弧状，在受到磁场作用时，两边低的部分向外扩张的形变程度将小于中间高的部分，使得金属颗粒层50和第二光纤20也呈突起圆弧状形变，更进一步的增加了金属颗粒层50中纳米贵金属颗粒间距变化，透射光谱漂移变化更大，更加的提高了该装置的灵敏性。

图5为本发明一实施例提供的另一种基于光纤的磁场强度检测装置的结构示意图；如图5所示，可选地，超磁致伸缩部40在与所述金属颗粒层50相接触的一侧设置多个凹槽。

由于超磁致伸缩部40在与所述金属颗粒层50相接触的一侧设置多个凹槽，则超磁致伸缩部40与金属颗粒层50的接触面积减小，接触面积减小则受力面积减小，在受到同一磁场作用时，由于受力面积减小，则压强增大，使得金属颗粒层50和第二光纤20的向外扩张的形变程度更大，更进一步的增加了金属颗粒层50中纳米贵金属颗粒间距变化，透射光谱漂移变化更大，更加的提高了该装置的灵敏性。

可选地，超磁致伸缩部40上的凹槽形状为方形、半圆形，各个凹槽之间的间距相等。

超磁致伸缩部40在与所述金属颗粒层50相接触的一侧设置多个凹槽，凹槽的形状和凹槽之间的间距可根据具体测量情况的不同进行设计。在测量磁场强度较大的情况下，可选取凹槽形状为方形的超磁致伸缩部40，凹槽之间的间隔设置较大，此时由于测量的磁场强度较大，采用方形的、间距大的凹槽使得超磁致伸缩部40形变不会过大，有效的保护第二光纤20。在测量磁场强度较小的情况下，可选取凹槽形状为半圆形的超磁致伸缩部，凹槽之间的间隔设置较小，此时由于测量的磁场强度较小，采用半圆形的、间距小的凹槽使得较小的磁场强度也能使得超磁致伸缩部40形变较大，进一步提高了测量精度。

本申请提供一种基于光纤的磁场强度检测装置，装置包括：第一光纤10、第二光纤20、第三光纤30、超磁致伸缩部40；第一光纤10和第三光纤30均为材料相同的单模光纤，第二光纤20为空心光纤，第二光纤20的一端与第一光纤10的一端相连接，第二光纤20的另一端与第三光纤30的一端相连接，超磁致伸缩部40均匀黏附于第二光纤20的表面，超磁致伸缩材料40采用Mn0.98Ni0.02CoSi合金。对磁场强度进行检测时，光线从第一光纤10进入第二光纤20，由于第二光纤20为空心光纤，光线将在第二光纤20内部进行干涉，之后干涉的光线通过第三光纤30输出，黏附在第二光纤20的超磁致伸缩部40在磁场的作用下将带动第二光纤20产生形变，形变具体表现为第二光纤20的纵向拉伸和横向扩张，纵向拉伸使得第二光纤20空心腔长变长，引起干涉后的透射光谱峰值波长随之发生漂移，横向扩张使得第二光纤20中的光纤产生损耗，引起透射光谱强度的变化，通过对透射光谱的检测就能到得出超磁致伸缩部40的形变情况，从而得出磁场强度。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述装置包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、超磁致伸缩部；所述第一光纤和所述第三光纤均为材料相同的单模光纤，所述第二光纤为空心光纤，所述第二光纤的一端与所述第一光纤的一端相连接，所述第二光纤的另一端与所述第三光纤的一端相连接，所述超磁致伸缩部均匀黏附于所述第二光纤的表面。

2.根据权利要求1所述的基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述超磁致伸缩部的长度等于或略小于所述第二光纤的长度。

3.根据权利要求2所述的基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述装置还包括金属颗粒层，所述金属颗粒层设置于所述第二光纤和所述超磁致伸缩部之间。

4.根据权利要求3所述的基于双路光纤的磁场检测装置，其特征在于，金属颗粒层的材料为贵金属材料。

5.根据权利要求4所述的基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述超磁致伸缩部的形状为两边高中间低的凹弧状。

6.根据权利要求4所述的基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述超磁致伸缩部的形状为两边低中间高的突起圆弧状。

7.根据权利要求4所述的基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述超磁致伸缩部在与所述金属颗粒层相接触的一侧设置多个凹槽。

8.根据权利要求7所述的基于光纤的磁场强度检测装置，其特征在于，所述超磁致伸缩部上的凹槽形状为方形、半圆形，各个凹槽之间的间距相等。

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