CN206945931U - 基于单模‑多模‑单模光纤结构的磁场强度检测传感器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于单模‑多模‑单模光纤结构的磁场强度检测传感器，包括：第一单模光纤；多模光纤，其输入端与所述第一单模光纤的输出端熔接；所述多模光纤的表面附着超磁致伸缩材料层；第二单模光纤，其输入端与所述多模光纤的输出端熔接。本实用新型的磁场检测传感器，当宽光谱光源发出的光在第一单模光纤中传输，进入多模光纤中形成多模干涉，部分波长的光在其中形成波谷，而后进入第二单模光纤中继续传输，当带有超磁致伸缩材料层的多模光纤处于磁场环境中导致超磁致伸缩材料发生微小形变及波导折射率变化从而影响多模光纤的波导干涉条件变化，导致谐振波长的偏移，依据谐振波长的偏移量，获得磁场的变化量。
Description
技术领域
本实用新型属于磁场强度检测传感器，具体涉及一种基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器。
背景技术
磁场测量对于科学、军事、工业应用等领域都有重要意义。传统的磁场传感器是以电测试原理为主，如电磁感应原理和霍尔效应，但作为电测仪器的传感器往往易受电磁干扰，易腐蚀，无法工作在恶劣的环境下。因而光学式的磁场传感器越来越来受关注。光纤作为一种本质绝缘的材料在磁场传感方面有着独有的优点，除了不受电磁干扰还有体积小、重量轻、精度高，易于形成分布式测量等优点，也能工作在高温、高压、强磁场、腐蚀性环境等特殊场合，与电类传感器相比具有一些独特的优势。
目前已公开的光纤磁场传感器一般采用光纤与磁流体相结合的方法，该方法的光纤磁场传感器大多需要复杂且精密的制作工艺，并且集成度不高导致其稳定性较差，因此，一种制作简单、灵敏度高、集成度高且稳定可靠的磁场传感器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。
实用新型内容
本实用新型的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。
为了实现根据本实用新型的这些目的和其它优点，提供了一种基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，包括：
第一单模光纤；
多模光纤，其输入端与所述第一单模光纤的输出端熔接；所述多模光纤的表面附着超磁致伸缩材料层；
第二单模光纤，其输入端与所述多模光纤的输出端熔接。
优选的是，所述第一单模光纤和第二单模光纤的直径均为125μm、芯径均为8～10μm。
优选的是，所述多模光纤为小芯多模光纤；所述小芯多模光纤的长度为3～10mm、直径为125μm、芯径为50～125μm。
优选的是，所述超磁致伸缩材料层为铽镝铁超磁致伸缩材料层。
优选的是，所述超磁致伸缩材料层的厚度为1～10μm。
优选的是，所述超磁致伸缩材料层采用粘贴法或真空磁控溅射方法附着在多模光纤的表面。
优选的是，所述第一单模光纤与多模光纤采用光纤熔接技术进行无偏心熔接；所述第二单模光纤与多模光纤采用光纤熔接技术进行无偏心熔接。
本实用新型至少包括以下有益效果：本实用新型的磁场检测传感器，当宽光谱光源发出的光在第一单模光纤中传输，进入多模光纤中形成多模干涉，部分波长的光在其中形成波谷，而后进入第二单模光纤中继续传输，当带有超磁致伸缩材料层的多模光纤处于磁场环境中导致超磁致伸缩材料发生微小形变及波导折射率变化从而影响多模光纤的波导干涉条件变化，导致谐振波长的偏移，依据谐振波长的偏移量，获得磁场的变化量。
本实用新型的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本实用新型的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明：
图1为本实用新型基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器的结构示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本实用新型做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
图1示出了本实用新型的一种基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，包括：
第一单模光纤1；
多模光纤2，其输入端与所述第一单模光纤1的输出端熔接；所述多模光纤2的表面附着超磁致伸缩材料层3；
第二单模光纤4，其输入端与所述多模光纤2的输出端熔接；
其中，所述第一单模光纤和第二单模光纤的直径均为125μm、芯径均为8～10μm；所述多模光纤为小芯多模光纤；所述小芯多模光纤的长度为3～10mm、直径为125μm、芯径为50～125μm。
在这种技术方案中，将附着有超磁致伸缩材料层的磁场强度检测传感器置于磁场中，磁场强度发生增大或减少，会导致有超磁致伸缩材料薄膜发生伸长或缩短，从而引起多模光纤纵向长度产生微小形变，使得谐振波长发生偏移，导致多模光纤中形成的干涉信号发生变化，最后信号被铟镓砷-光电探测器接收，通过对接收信号进行处理即可反推外部环境磁场强度。
在上述技术方案中，所述超磁致伸缩材料层的厚度为1～10μm；所述超磁致伸缩材料层为稀土材料铽镝铁(Terfenol-D)超磁致伸缩材料层，采用这种材料层，其在常温下各向异性常数几乎为零，显示出巨大的磁致伸缩效应，磁致伸缩系数高达1500-2000ppm，能够在磁场中实现敏感检测。
在上述技术方案中，所述超磁致伸缩材料层采用粘贴法或真空磁控溅射方法附着在多模光纤的表面，所述真空磁控溅射方法中溅射靶材使用纯度为99.9％铽镝铁靶，在1×10-3Pa高真空下，氩气作为工艺气体，气压0.5Pa，采用射频溅射工艺，起始功率70W，溅射功率150W。采用这种方式，超磁致伸缩材料层能够牢固的连接在多模光纤的表面，并且能够提高磁场的检测精度。
在上述技术方案中，所述第一单模光纤与多模光纤采用光纤熔接技术进行无偏心熔接；所述第二单模光纤与多模光纤采用光纤熔接技术进行无偏心熔接。
本实用新型的磁场检测传感器，当宽光谱光源发出的光在第一单模光纤中传输，进入多模光纤中形成多模干涉，部分波长的光在其中形成波谷，而后进入第二单模光纤中继续传输，当带有超磁致伸缩材料层的多模光纤处于磁场环境中导致超磁致伸缩材料发生微小形变从而影响多模光纤的总长发生变化，导致谐振波长的偏移，依据谐振波长的偏移量，获得磁场的变化量。
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本实用新型的说明的。对本实用新型的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本实用新型的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本实用新型的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本实用新型并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。
Claims (7)
1.一种基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，包括：
第一单模光纤；
多模光纤，其输入端与所述第一单模光纤的输出端熔接；所述多模光纤的表面附着超磁致伸缩材料层；
第二单模光纤，其输入端与所述多模光纤的输出端熔接。
2.如权利要求1所述的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，所述第一单模光纤和第二单模光纤的直径均为125μm、芯径均为8～10μm。
3.如权利要求1所述的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，所述多模光纤为小芯多模光纤；所述小芯多模光纤的长度为3～10mm、直径为125μm、芯径为50～125μm。
4.如权利要求1所述的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，所述超磁致伸缩材料层为铽镝铁超磁致伸缩材料层。
5.如权利要求1所述的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，所述超磁致伸缩材料层的厚度为1～10μm。
6.如权利要求1所述的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，所述超磁致伸缩材料层采用粘贴法或真空磁控溅射方法附着在多模光纤的表面。
7.如权利要求1所述的基于单模-多模-单模光纤结构的磁场强度检测传感器，其特征在于，所述第一单模光纤与多模光纤采用光纤熔接技术进行无偏心熔接；所述第二单模光纤与多模光纤采用光纤熔接技术进行无偏心熔接。
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|---|---|---|---|---|
| CN110596618A (zh) * | 2019-10-23 | 2019-12-20 | 云南师范大学 | 一种磁场测量装置及系统 |
| CN113835048A (zh) * | 2021-09-24 | 2021-12-24 | 福州京东方光电科技有限公司 | 一种磁场传感器和磁场检测方法 |
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