CN207501987U - 基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，具体涉及一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器。本实用新型针对磁场和温度之间交叉敏感的问题，采用单根光纤的双参量的测量。本实用新型包含ASE宽带光源，光纤光栅磁场传感器，光纤光栅温度传感器和光谱仪。磁场传感头和温度传感头均通过一根单模光纤连接，连接后的传感头两侧分别连接ASE宽带光源和光谱仪，在光谱仪上显示磁场测量和温度测量的透射光谱。通过光谱仪测出外界磁场与温度的变化，从而达到对温度和磁场双参量测量的目的。

Description

基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器

技术领域

本实用新型属于光纤传感领域，具体涉及一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器。

背景技术

温度的测量与磁场的测量在工商业、科学技术、通信与信息化社会的进步等领域中有着至关重要的应用，也是物理学和电子信息科学领域的重要参数，关系着生产生活，工程建设，设备精度等相关行业的安全性和收效性。光纤传感器它所能传感的物理量有很多，例如光,电场，电压，压力，电流，磁场等等的很多的物理和化学量，具有广阔的应用前景。光纤传感器具有很高的灵敏度、信息传输中的动态范围很高、极强的抵抗电磁场等杂质因素对其的干扰、对信号的处理及其响应的速率快、超强的绝缘性、防爆防燃、不易被侵蚀、安全性很好、资源可取范围广、小巧便捷，方便人们的上手与使用等优势。

在现今的生产应用和生活中，大多光学传感器采用普通光纤，用其作为基础元件进而制作的光纤传感器具有一些不可避免的缺陷与不足，例如它在耦合过程中会产生很大的耦合损耗，它还会产生交叉敏感问题，从而在应用上就很大程度的限制了光纤传感器性能的上升空间。针对上述所提及的问题，本实用新型提出了一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，解决磁场与温度双参量测量过程中交叉敏感的问题。

发明内容

本实用新型实例的构建实施提供了基于光纤光栅的温度与磁场双参量传感器装置，解决光纤传感器的磁场与温度交叉敏感的问题，实现了一个单模光纤对温度和磁场双参量的测量。

为达上述目的，本实用新型实施采用如下技术方案：

提供了一种基于光纤光栅的温度与磁场双参量传感器装置，该传感器装置包括ASE宽带光源（1）、光纤光栅磁场传感头（2）、光纤光栅温度传感头（3）、光谱仪（4）；

其中光纤光栅磁场传感头（2）中包含一由氢氟酸腐蚀的微纳光纤光栅（2-1)、一号底板（2-2）、磁致伸缩材料（2-3）；

其中光纤光栅温度传感头（3）中包含一经由氢氟酸腐蚀的微纳光纤光栅（3-2）、二号底板（3-1）；

ASE宽带光源（1），所述的宽带光源中心波长为1550nm，带宽为40nm，通过一根单模光纤连接光纤光栅磁场传感头（2）；另一侧通过一根单模光纤连接光谱仪（4）。

光纤光栅磁场传感头（2），所述的光纤光栅磁场传感头（2），其布拉格波长为1552.347nm；其内部包含一由氢氟酸腐蚀后的一号微纳光纤光栅（2-1）、一号底版（2-2）、磁致伸缩材料（2-3）；

光纤光栅温度传感头（3），所述的光纤光栅温度传感头（3）其布拉格波长为1548.726nm；其内部包含一经由氢氟酸腐蚀的二号微纳光纤光栅（3-2）、二号底板（3-1）。

所述的光纤光栅磁场传感头（2），其内部的一号微纳光纤光栅（2-1）在这里用光纤胶使其两端牢牢粘着在一号底板（2-2）上。

所述的光纤光栅温度传感头（3），其内部的二号微纳光纤光栅（3-2）用光纤胶使其牢牢的黏着在二号底板（3-1）上。

所述的光纤光栅磁场传感头（2），其内部的磁致伸缩材料（2-3）均匀且分散的附着在一号底板（2-2）上。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用单根光纤的双参量的测量，解决现有的光纤传感器磁场和温度之间交叉敏感的问题。

附图说明

图1为传感器光路结构图；

图2为光纤光栅磁场传感头；

图3为光纤光栅温度传感头。

具体实施方式

如图1，本实施措施提供了一种基于光纤光栅的温度与磁场双参量传感器装置，该传感器装置包括ASE宽带光源（1）、光纤光栅磁场传感头（2）、光纤光栅温度传感头（3）、光谱仪（4）；

其中光纤光栅磁场传感头（2）中包含一由氢氟酸腐蚀的一号微纳光纤光栅（2-1)、一号底板（2-2）、磁致伸缩材料（2-3）；

其中光纤光栅温度传感头（3）中包含一经由氢氟酸腐蚀的二号微纳光纤光栅（3-2）、二号底板（3-1）；

ASE宽带光源（1），所述的宽带光源中心波长为1550nm，带宽为40nm，通过一根单模光纤连接光纤光栅磁场传感头（2）；另一侧通过一根单模光纤连接光谱仪（4）。

光纤光栅磁场传感头（2），所述的光纤光栅磁场传感头（2），其布拉格波长为1552.347nm；其内部包含一由氢氟酸腐蚀后的一号微纳光纤光栅（2-1）、一号底版（2-2）、磁致伸缩材料（2-3）；

光纤光栅温度传感头（3），所述的光纤光栅温度传感头（3）其布拉格波长为1548.726nm；其内部包含一经由氢氟酸腐蚀的二号微纳光纤光栅（3-2）、二号底板（3-1）。

所述的光纤光栅磁场传感头（2），其内部的一号微纳光纤光栅（2-1）在这里用光胶使其两端牢牢粘着在一号底板（2-2）上。

所述的光纤光栅磁场传感头（2），其内部的一号微纳光纤光栅（2-1）紧紧与磁致伸缩材料（2-3）充分接触，使该微纳光纤光栅即使在机械运动过程中（磁场作用过程）也只能使得光栅部分紧密与磁致伸缩材料（2-3）接触，进而改变其折射率等光学性质。

所述的光纤光栅温度传感头（3），其内部的二号微纳光纤光栅（3-2）用光纤胶使其牢牢的黏着在二号底板（3-1）上。

所述的光纤光栅磁场传感头（2），其内部的磁致伸缩材料（2-3）均匀且分散的附着在二号底板（2-2）上。

在使用时，先完成光路的搭建，将两个传感头附着于待测光电系统的对应位置。待光源输出信号稳定之后，即可进行测量。

工作过程：首先将光路连接好，打开ASE宽带光源，将上述两个传感头贴附于待测微电子系统的相应位置，待光源输出光信号稳定后开始进行测量。光信号经过一根单模光纤传输进入光纤光栅磁场传感器（2）和光纤光栅温度传感器（3）中时，首先用氢氟酸对单模光纤的包层进行腐蚀，从而裸露出写入布拉格光栅的微纳光纤光栅由于在底板上均匀的填充有磁致伸缩材料，从其自由能极小的观点来看，磁性材料的磁化状态发生变化时，其自身的形状和体积都要改变，这样就使得系统的总能量最小。在居里温度以下，磁性材料中存在着大量的磁畴，外加磁场H后，各个磁畴的自发磁化都转向了H方向，于是产生了宏观磁致伸缩。当光通过布拉格光栅时，光纤光栅将反射或投射其中以布拉格波长λ为中心波长的窄谱分量。对于光纤布拉格光栅，波长λ是入射光通过光纤布拉格光栅反射回来的布拉格波长，在温度，磁场等一些参数变化时，布拉格波长也会随之变化。通过光谱分析仪（4）检测反射或透射布拉格波长的变化，就可以间接的测出外界环境参数的变化，在本实用新型中，就可以读取出磁场与温度双参量的变化数值，从而达到对温度和磁场双参量测量的目的。

Claims (8)

1.一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：它包括ASE宽带光源（1）、光纤光栅磁场传感头（2）、光纤光栅温度传感头（3）、光谱仪（4）；

其中光纤光栅磁场传感头（2）中包含一由氢氟酸腐蚀的一号微纳光纤光栅（2.1)、一号底板（2.2）、磁致伸缩材料（2.3）；

其中光纤光栅温度传感头（3）中包含一经由氢氟酸腐蚀的二号微纳光纤光栅（3.2）、二号底板（3.1）；

ASE宽带光源（1）通过单模光纤连接光纤光栅磁场传感头（2）一侧，光纤光栅磁场传感头（2）另一侧通过一根单模光纤连接光纤光栅温度传感头（3）一侧，光纤光栅温度传感头（3）另一侧通过一根单模光纤连接光谱仪（4）。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的宽带光源（1）中心波长为1550nm，带宽为40nm。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的光纤光栅磁场传感头（2）其内部包含一由氢氟酸腐蚀后的一号微纳光纤光栅（2.1）、一号底板（2.2）、磁致伸缩材料（2.3）。

4.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的光纤光栅温度传感头（3）其光纤光栅的布拉格波长为1548.726nm；其内部包含一经由氢氟酸腐蚀的二号微纳光纤光栅（3.2）、二号底板（3.1）。

5.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的光纤光栅磁场传感头（2）其光纤光栅的布拉格波长为1552.374nm；其内部包含一经由氢氟酸腐蚀的一号微纳光纤光栅（2.1）、一号底板（2.2）、磁致伸缩材料（2.3）。

6.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的一号微纳光纤光栅（2.1）用光纤胶使其粘着在一号底板（2.2）上。

7.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的二号微纳光纤光栅（3.2）用光纤胶使其粘着在二号底板（3.1）上。

8.根据权利要求1所述的一种基于光纤光栅的磁场与温度双参量传感器，其特征在于：所述的磁致伸缩材料（2.3）均匀且分散的附着在一号底板（2.2）上。