CN216622656U - 一种高灵敏光纤磁场探测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及磁场探测领域，具体涉及一种高灵敏光纤磁场探测装置，包括衬底、弹性层、磁致伸缩层、第一固定部、第二固定部、光纤、光源、光探测器，弹性层置于衬底上，磁致伸缩层置于弹性层上，第一固定部和第二固定部的底部固定在磁致伸缩层上，第一固定部和第二固定部的顶部固定光纤，光纤的第一光纤端部固定在第一固定部上，光纤的第二光纤端部固定在第二固定部上，光纤的光纤中部呈悬空状态，光源连接第一光纤端部，光探测器连接第二光纤端部。在待测磁场中，在磁场作用下，磁致伸缩层伸长，改变了光纤的传播特性，通过光纤传播特性的变化实现磁场探测。在本实用新型制备工艺简单、成本低。

Description

一种高灵敏光纤磁场探测装置

技术领域

本实用新型涉及磁场探测领域，具体涉及一种高灵敏光纤磁场探测装置。

背景技术

磁场探测装置在各种场所均有广泛应用，例如汽车工业、智能家居、生物磁信号检测等。磁场探测装置的传感物质一般为磁致伸缩材料。例如，CN111537921A，将磁致伸缩材料置于声波传播路径上，利用声表面波信号提取和检测磁场信息；例如，CN106569152A，将磁致伸缩材料置于光纤悬臂梁外的镀铬金属膜层上，磁致伸缩材料的伸缩导致光纤悬臂梁的挠曲或者谐振频率变化，通过法布里-玻罗谐振腔检测光纤悬臂梁的挠度或谐振频率变化，从而测得外界磁场的大小。

基于光纤的磁场探测装置具有易集成、探测灵敏度高等优点。但是，现有做法在光纤上制作微纳结构或抛光平面形成D形光纤，制备工艺复杂、成本高。

实用新型内容

为解决以上问题，本实用新型提供了一种高灵敏光纤磁场探测装置，包括衬底、弹性层、磁致伸缩层、第一固定部、第二固定部、光纤、光源、光探测器，弹性层置于衬底上，磁致伸缩层置于弹性层上，第一固定部和第二固定部的底部固定在磁致伸缩层上，第一固定部和第二固定部的顶部固定光纤，光纤的第一光纤端部固定在第一固定部上，光纤的第二光纤端部固定在第二固定部上，光纤的光纤中部呈悬空状态，光源连接第一光纤端部，光探测器连接第二光纤端部。

更进一步地，磁致伸缩层的材料为超磁致伸缩材料。

更进一步地，超磁致伸缩材料为TbDyFe材料。

更进一步地，磁致伸缩层的厚度大于2微米。

更进一步地，弹性层的材料为橡胶。

更进一步地，光纤中部处细，光纤中部外粗。

更进一步地，光纤为单模光纤。

更进一步地，光纤中部为光纤光栅。

更进一步地，光纤中部外，光纤表面设有喷涂材料。

更进一步地，喷涂材料为特氟龙。

本实用新型的有益效果：本实用新型提供了一种高灵敏光纤磁场探测装置，包括衬底、弹性层、磁致伸缩层、第一固定部、第二固定部、光纤、光源、光探测器，弹性层置于衬底上，磁致伸缩层置于弹性层上，第一固定部和第二固定部的底部固定在磁致伸缩层上，第一固定部和第二固定部的顶部固定光纤，光纤的第一光纤端部固定在第一固定部上，光纤的第二光纤端部固定在第二固定部上，光纤的光纤中部呈悬空状态，光源连接第一光纤端部，光探测器连接第二光纤端部。在待测磁场中，在磁场作用下，磁致伸缩层伸长，增加了第一固定部和第二固定部之间的距离，从而改变了光纤中的应力，从而改变了光纤的传播特性，通过光纤传播特性的变化实现磁场探测。在本实用新型中，在磁致伸缩层上固定第一固定部、第二固定部，在第一固定部和第二固定部上固定光纤即可，制备工艺简单、成本低。

以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是一种本实用新型的结构示意图。

图2是又一种本实用新型的结构示意图。

图中：1、衬底；2、弹性层；3、磁致伸缩层；41、第一固定部；42、第二固定部；51、第一光纤端部；52、第二光纤端部；53、光纤中部；6、喷涂材料。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本申请作进一步详细说明。

实施例1

本实用新型提供了一种高灵敏光纤磁场探测装置，如图1所示，该高灵敏光纤磁场探测装置包括衬底1、弹性层2、磁致伸缩层3、第一固定部41、第二固定部42、光纤、光源、光探测器。衬底1的材料为硅或二氧化硅。弹性层2置于衬底1上，弹性层2的材料为橡胶或弹性纤维。磁致伸缩层3置于弹性层2上。当磁致伸缩层3在磁场的作用下，产生伸长或膨胀时，弹性层2不会限制磁致伸缩层3。磁致伸缩层3的材料为超磁致伸缩材料，超磁致伸缩材料在常温下由于磁化状态的改变，其长度和体积会发生较大变化。超磁致伸缩材料为TbDyFe材料。磁致伸缩层3的厚度大于2微米，以便于磁致伸缩层3能够产生较大的力，从而带动第一固定部41和第二固定部42产生伸长，从而改变第一固定部41和第二固定部42之间的距离。第一固定部41和第二固定部42的底部固定在磁致伸缩层3上。第一固定部41和第二固定部42的顶部固定光纤。具体地，光纤的第一光纤端部51固定在第一固定部41上，光纤的第二光纤端部52固定在第二固定部42上，光纤的光纤中部53呈悬空状态。光纤为单模光纤，单模光纤较细，容易被拉伸。光源连接第一光纤端部51，光探测器连接第二光纤端部52。

应用时，光源发出激光，通过第一光纤端部51进入光纤，沿光纤传播，通过第二光纤端部52进入光探测器。在待测磁场中，在磁场作用下，磁致伸缩层3伸长，增加了第一固定部41和第二固定部42之间的距离，从而改变了光纤中的应力，从而改变了光纤的传播特性，通过光纤传播特性的变化实现磁场探测。在本实用新型中，在磁致伸缩层3上固定第一固定部41、第二固定部42，在第一固定部41和第二固定部42上固定光纤即可，制备工艺简单、成本低。

在本实施例中，光源可以为单色光源，也可以为连续谱光源。当光源为单色光源时，光探测器测量的是单色光的透射系数；当光源为连续谱光源时，光探测器包括光谱仪，测量的是透射光谱。当在第一固定部41和第二固定部42之间产生拉力时，光纤的透射系数或透射光谱均会发生变化，从而实现磁场探测。

实施例2

在实施例1的基础上，光纤中部53处细，光纤中部53外粗。由于光纤中部53较细，而光纤的其他区域较粗。在第一固定部41和第二固定部42拉力作用下，光纤中部53的形变更多，也就是更容易被拉动，从而更多地改变光纤的传播特性，从而实现更高灵敏度的磁场探测。

在本实施例中，只要将光纤中部53进行拉锥即可。拉锥光纤可以在酒精灯下拉锥，操作简单，成本低。

实施例3

在实施例1的基础上，光纤中部53为光纤光栅。也就是光纤光栅的两端分别连接第一光纤端部51和第二光纤端部52。在磁场的作用下，第一固定部41和第二固定部42拉动光纤光栅，改变了光纤光栅的中心波长，通过光纤光栅中心波长的移动实现磁场探测。

在本实施例中，光源为连续谱光源，光探测器包括光谱仪。光纤光栅属于成熟的现有产品，只要将光纤光栅和普通光纤熔接在一起即可，操作简单，成本低。

实施例4

在实施例1-3的基础上，光纤中部53外，光纤表面设有喷涂材料6。也就是说，只留光纤中部53，在光纤的其他部位外设置喷涂材料6。当喷涂材料6设置在光纤上后，在拉力作用下，设置喷涂材料6处的光纤不易被拉长，那么容易被拉长的部位只有光纤中部53。那么对光纤中部53的传播特性改变更多，从而更多地改变整个光纤的传播特性，从而实现更高灵敏度的磁场探测。

当光纤中部53较细时，光纤中部53被拉的更多，从而更多地改变较细处的传播特性；当光纤中部53为光纤光栅时，光纤光栅被拉长更多，从而更多地改变光纤光栅的中心波长。

更进一步地，喷涂材料6为特氟龙，即聚四氟乙烯(Poly tetra fluoroethylene，简写为PTFE)。聚四氟乙烯白色蜡状、半透明、耐热、耐寒性优良，可在-180～260℃长期使用。聚四氟乙烯材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有的溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极低，具有良好的润滑作用，适合本实施例中包覆光纤。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于，包括衬底、弹性层、磁致伸缩层、第一固定部、第二固定部、光纤、光源、光探测器，所述弹性层置于所述衬底上，所述磁致伸缩层置于所述弹性层上，所述第一固定部和所述第二固定部的底部固定在所述磁致伸缩层上，所述第一固定部和所述第二固定部的顶部固定所述光纤，所述光纤的第一光纤端部固定在所述第一固定部上，所述光纤的第二光纤端部固定在所述第二固定部上，所述光纤的光纤中部呈悬空状态，所述光源连接所述第一光纤端部，所述光探测器连接所述第二光纤端部。

2.如权利要求1所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述磁致伸缩层的材料为超磁致伸缩材料。

3.如权利要求2所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述超磁致伸缩材料为TbDyFe材料。

4.如权利要求3所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述磁致伸缩层的厚度大于2微米。

5.如权利要求1所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述弹性层的材料为橡胶。

6.如权利要求1所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述光纤中部处细，所述光纤中部外粗。

7.如权利要求6所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述光纤为单模光纤。

8.如权利要求1所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述光纤中部为光纤光栅。

9.如权利要求1-8任一项所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述光纤中部外，所述光纤表面设有喷涂材料。

10.如权利要求9所述的高灵敏光纤磁场探测装置，其特征在于：所述喷涂材料为特氟龙。

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