基于马赫‑曾德干涉的微纳光纤磁场传感器制造技术

本实用新型专利技术提供了一种基于马赫‑曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，涉及光纤磁场传感技术领域，具体涉及一种基于马赫‑曾德干涉的微纳光纤磁场传感器。本实用新型专利技术是为了解决在磁场传感领域中，现有磁场传感技术灵敏度低、结构复杂、生产成本高昂、操作复杂的问题。本实用新型专利技术包括ASE光源、磁场传感头、光信号处理器。其中，磁场传感头中包括一号光纤耦合器、磁性敏感材料、二号光纤耦合器。其中，磁性敏感材料为基质为Fe

【技术实现步骤摘要】
基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器
本技术涉及光纤磁场传感
，具体涉及一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器。
技术介绍
磁场传感发展至今，已出现许多磁场传感方法。现有的磁场传感方法主要有：磁力法、电磁感应法、电磁效应法、磁共振法、磁光效应法等。但这些磁场传感方法由于测量精度低、设备制作成本高、电磁干扰等问题而受到很多限制。很难大规模推广应用。随着光纤传感技术的日益成熟，使用光纤及光纤相关器件来进行磁场传感的方法也得到了越来越多的研究和发展。光纤磁场传感器以光波作为载波，磁性敏感材料作为磁场感应物质，通过外加磁场对光信号进行调制。光纤磁场传感器具有灵敏度高、绝缘性好、相应速度快、成本相对低廉等优点。磁流体作为一种磁性敏感物质具有独特的光学特性，其在光电信息与传感领域的应用也越来越广泛。磁流体在磁场改变时，其光学特性会发生改变，并且具有极高的灵敏度。因此，有必要将光纤传感器与磁流体结合，设计出灵敏度更高、结构更加简单、成本更低的光纤磁场传感器。
技术实现思路
本技术的实施实例提供了基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，是为了解决现有磁场传感器灵敏度低、结构复杂、成本过高、操作难度大的问题。为达上述目的，本技术实施实例采用如下技术方案：提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，该磁场传感器它包括ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）；磁场传感头（2），所述的磁场传感头（2）内包含有一号光纤耦合器（2-1）、磁性敏感材料（2-2）、二号光纤耦合器（2-3），磁场传感头（2）一端连接ASE光源（1）另一端连接光信号处理器（3）。所述的ASE光源（1）的输出中心波长为1550nm，频带宽度为40nm。所述的磁场传感头（2）外部带有尼龙壳。所述的磁场传感头（2）中一号光纤耦合器（2-1）与二号光纤耦合器（2-3）中间部位为由氢氟酸腐蚀形成的微纳光纤，其腐蚀深度为80μm，微纳光纤外部包覆有磁性敏感材料（2-2）。所述的一号光纤耦合器（2-1）与二号光纤耦合器（2-3）由通过对单模光纤熔接时增加放电强度及放电时间使光纤发生形变而形成，其为两个级联小球的形状。所述的磁性敏感材料（2-2）为磁性流体，其基质为Fe3O4纳米颗粒，基液为煤油，表面活性剂为油酸。所述的ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）彼此之间通过单模光纤连接，且单模光纤与各器件之间通过光纤熔融连接的方式连接。所述的光信号处理器（3）为光谱仪。本技术专利提供了一种基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，该光纤磁场传感器改善了现有磁场传感器灵敏度低、结构复杂、生产成本高、技术难度大的问题。本技术的有益效果是：本技术针对当前磁场传感器灵敏度低、结构复杂、生产成本高、技术难度大的问题，提出改进方案。通过控制光纤熔接机的放电时间和放电强度，将两根普通单模光纤进行熔接，在两光纤熔接处形成两个级联的光纤球，形似花生结构，用以激发纤芯中光的传播模式，可使光纤纤芯中传播的光进入包层。在距该光纤球不远处同样采用这种方法进行光纤熔接。这两组光纤球可起到光纤耦合器的作用。这种结构制作成本低，集成度高，同时相比传统马赫-曾德干涉结构具有更高的灵敏度。两组光纤球中间部分利用氢氟酸对光纤包层进行腐蚀形成微纳光纤，并在腐蚀处包覆磁流体。磁场的改变可使磁流体的折射率发生变化，这样包层中的光在经过磁流体时光程亦会发生变化。这样当纤芯与包层所传输的光在第二个光纤球处相遇时发生干涉。通过对变化的干涉光谱的测量可间接得到磁场变化的情况。所采用的磁流体其基质是Fe3O4纳米颗粒，基液是煤油，表面活性剂是油酸。并将磁流体通过物理方法包覆到微纳光纤处，形成磁流体填充的微纳光纤传感头。将该传感头与ASE光源和光信号处理器结合，形成一种灵敏度高、结构简单、生产成本相对低廉、操作难度较低的直通式光纤磁场传感器。当传感头置于磁场中时，磁流体的有效折射率发生变化，经过此处的光其光程发生改变，与纤芯中的光耦合时发生干涉。磁流体对磁场极高的灵敏度及两个级联光纤球的耦合器结构保证了传感精度。同时，直通式结构相对简单，成本更低。附图说明图1为基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器结构；图2为传感头的局部放大结构。具体实施方式下面结合说明书附图进一步说明本技术的具体实施方式。如图1，本实施方式所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，它包括ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）；磁场传感头（2），所述的磁场传感头（2）内包含有一号光纤耦合器（2-1）、磁性敏感材料（2-2）、二号光纤耦合器（2-3），磁场传感头（2）一端连接ASE光源（1）另一端连接光信号处理器（3）。所述的ASE光源（1）的输出中心波长为1550nm，频带宽度为40nm。所述的磁场传感头（2）外部带有尼龙壳。所述的磁场传感头（2）中一号光纤耦合器（2-1）与二号光纤耦合器（2-3）中间部位为由氢氟酸腐蚀形成的微纳光纤，其腐蚀深度为80μm，微纳光纤外部包覆有磁性敏感材料（2-2）。所述的一号光纤耦合器（2-1）与二号光纤耦合器（2-3）由通过对单模光纤熔接时增加放电强度及放电时间使光纤发生形变而形成，其为两个级联小球的形状。所述的磁性敏感材料（2-2）为磁性流体，其基质为Fe3O4纳米颗粒，基液为煤油，表面活性剂为油酸。所述的ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）彼此之间通过单模光纤连接，且单模光纤与各器件之间通过光纤熔融连接的方式连接。所述的光信号处理器（3）为光谱仪。所述的所有器件的链接处均采用熔融连接的方法。在使用时，先按照附图说明将光路搭建完成，将传感头垂直于磁场方向放置。待光源输出信号稳定后即可进行测量。工作原理：基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器结构：工作过程：先将光路按光路图连接好，打开光源，将传感头垂直置于磁场中，待光源输出光信号稳定后开始测量。光由光源发出后进入磁场传感头，在一号光纤耦合器的作用下，一部分光进入包层，另一部分光留在纤芯，包层中的光经过磁流体时由于磁场对磁流体的作用其磁流体的折射率改变，致使该不分的光其光程改变。纤芯与包层中的光在二号光纤耦合器处相遇发生干涉。通过测量干涉光谱的改变间接对磁场强度进行测量。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于马赫‑曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，其特征在于：它包括ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）；磁场传感头（2），所述的磁场传感头（2）内包含有一号光纤耦合器（2‑1）、磁性敏感材料（2‑2）、二号光纤耦合器（2‑3），磁场传感头（2）一端连接ASE光源（1）另一端连接光信号处理器（3）。

【技术特征摘要】
1.基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，其特征在于：它包括ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）；磁场传感头（2），所述的磁场传感头（2）内包含有一号光纤耦合器（2-1）、磁性敏感材料（2-2）、二号光纤耦合器（2-3），磁场传感头（2）一端连接ASE光源（1）另一端连接光信号处理器（3）。2.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，其特征在于：所述的ASE光源（1）的输出中心波长为1550nm，频带宽度为40nm。3.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，其特征在于：所述的磁场传感头（2）外部带有尼龙壳。4.根据权利要求1所述的基于马赫-曾德干涉的微纳光纤磁场传感器，其特征在于：所述的磁场传感头（2）中一号光纤耦合器（2-1）与二号光纤耦合器（2-3）中间部位为由氢氟酸腐蚀形成的微纳光纤，其腐蚀深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈涛，孙滨超，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：新型
国别省市：黑龙江,23