CN204269799U - 一种基于磁流体和fbg的磁场传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于磁流体和FBG的磁场传感器是利用磁性液体折射率改变导致光栅反射波长变化的原理制成的。包括宽带光源、FBG解调仪、三端环形器、磁流体溶液、毛细管、残留包层FBG组成。宽带光源通过环形器输入残留包层FBG中，当FBG周围的磁流体溶液折射率随外界磁场改变时，FBG的反射波长随之发生变化，最后通过光纤光栅解调仪解调出磁场信息。残留包层FBG浸没在磁流体溶液中，用毛细管封装，制作简单，成本低廉。

Description

一种基于磁流体和FBG的磁场传感器

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于磁流体和FBG的磁场传感器。

背景技术

FBG(布拉格光栅)传感器已经被应用在很多领域，由于它具有良好的电绝缘性，小体积，灵敏度高等特点。目前大多数的实验主要依靠磁光晶体。几乎没有人提出过用FBG浸没在磁流体中作为传感元件，所以我们将探究FBG与磁流体相结合作为磁场传感探头所具有的特性。

基于磁流体和FBG的磁场传感器。根据公式

λ_B＝2n_effΛ          (1)

其中λ_B为FBG的反射波长，n_eff为有效折射率，Λ光栅的栅距。

磁流体是一种稳定的铁磁性纳米粒子的胶体溶液，磁流体的折射率与外部磁场有关。有效折射率n将由下式表达：

$n=\sqrt{{\mathrm{\ϵ}}_r}=\sqrt{1+\mathrm{\χ}}---\left(2\right)$

εr代表介电常数，χ代表电极化率

当外界磁场垂直于光传播方向时

$\frac{\&PartialD;x}{\&PartialD;H}<0---\left(3\right)$

磁场的增加导致磁流体的折射率减小。

一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，主要将刻有布拉格光栅的单模光纤经过腐蚀，使直径在10μm左右。浸没在磁流体溶液中，用毛细管封装，制作简单，成本低廉。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，主要原理是外界磁场的增加导致磁流体的折射率降低，被腐蚀变细的FBG的反射波长向短波长方向漂移。

所述的一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，其特征是包括宽带光源、FBG解调仪，三端环形器、磁流体溶液、毛细管、残留包层FBG，所述的宽带光源与三端环形器端口a相连，所述的FBG与三端环形器端口b相连，所述的光纤光栅解调仪与三端环形器端口c相连，所述的残留包层FBG通过HF溶液将光纤包层腐蚀掉，所述的磁流体溶液和残留包层FBG封装在毛细管内。

所述的一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，其特征在于所述的残留包层FBG长度为2-4cm。

所述的一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，其特征在于所述的残留包层FBG直径为8-10μm。

本实用新型专利的优点在于：FBG经过腐蚀直径变细，对磁场的灵敏度较高。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图，图2是本实用新型的残留包层FBG封装示意图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进一步说明：

如图1所示，一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，包括宽带源1、FBG解调仪2、三端环形器3、磁流体溶液4、毛细管5、残留包层FBG 6，所述的宽带光源1与三端环形器3端口a相连，残留包层FBG 6浸没在磁流体溶液中并封装在毛细管中与三端环形器3的端口b相连，所述的光纤光栅解调仪2与三端环形器3的端口c相连，所述的残留包层FBG 6通过HF溶液将光纤包层腐蚀到8-10μm，所述的磁流体溶液4和残留包层FBG 6封装在毛细管5内。

本实用新型装置的工作方式为：宽带光源的通过三端环形器输入到残留包层FBG光纤光栅中，被光栅反射回来的光再次通过环形器进入FBG解调仪，对反射回光的波长进行检测。光纤光栅和磁流体仪器封装在毛细玻璃管内部，FBG浸没在磁流体中。磁流体溶液的主要成分是Fe₃o₄，无磁场时，铁磁性粒子在溶剂中均匀分散，磁流体折射率是最大的。当外界有磁场时，磁性粒子被磁化在沿着磁场的方向上变大形成磁链，有序排列的磁性粒子导致磁流体的折射率发生变化，磁流体的折射率与外界磁场强度成反比。当磁流体溶液的折射率随外界磁场的变化时，FBG的反射峰的波长也随之发生改变。通过FBG解调仪检测FBG反射波长，可解调出外界磁场的信息。

本实用新型能够实现磁场测量的关键是：磁性液体和FBG封装在毛细玻璃管内部形成传感探头，磁性液体需要均匀充满FBG表面，随着磁性液体折射率的改变，从而导致FBG的等效折射率的变化。

Claims (3)

1.一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，其特征在于包括宽带源(1)、FBG解调仪(2)、三端环形器(3)、磁流体溶液(4)、毛细管(5)、残留包层FBG(6)，所述的宽带光源(1)与三端环形器(3)端a相连，残留包层FBG(6)浸没在磁流体溶液中并封装在毛细管(5)中与三端环形器(3)的端口b相连，所述的光纤光栅解调仪(2)与三端环形器(3)的端口c相连，所述的残留包层FBG(6)通过HF溶液将光纤包层腐蚀到8-10μm，所述的磁流体溶液(4)和残留包层FBG(6)封装在毛细管(5)内。

2.根据权利要求1所述的一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，其特征在于所述的残留包层FBG长度为2-4cm。

3.根据权利要求1所述的一种基于磁流体和FBG的磁场传感器，其特征在于所述的残留包层FBG直径为8-10μm。