一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，在光纤端面和气泡微腔外设置腔体，腔体内填充磁致伸缩材料，在待测磁场作用下，磁致伸缩材料膨胀，从而改变气泡微腔的体积，从而改变气泡微腔的共振波长，通过共振波长的变化，确定待测磁场。由于本发明专利技术不需要电信号，所以不受电信号产生的磁场的干扰，另外，由于微腔的共振波长对微腔的尺寸非常敏感，所以本发明专利技术有灵敏度高、探测准确的优点。本发明专利技术仅仅改造了光纤头部，增加的体积小，所以能够针对狭小空间的磁场进行探测。此外，本发明专利技术中，探测的核心部件气泡微腔被包覆在腔体内，保护了核心部件免受外界干扰和损害。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器
本专利技术涉及磁场探测领域，具体涉及一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器。
技术介绍
传统的磁场探测器主要是基于磁阻效应、霍尔效应，磁通门效应及隧道效应的，这些传统的磁场探测器均需要电信号激励，容易产生对磁场的干扰，限制了磁场探测精度的提高。传统磁场传感器体积较大，不利于在狭小空间的应用。中国专利技术专利201610194409.0“一种基于超磁致伸缩薄膜的光纤悬臂梁磁场传感探头”提出在光纤端面设置光纤悬臂梁，光纤悬臂梁与光纤端部固定连接，光纤悬臂梁外表面设置磁致伸缩薄膜；在待测磁场下，磁致伸缩薄膜的伸缩导致光纤悬臂梁的桡曲，从而法布里-波罗谐振腔的宽度，改变反射光的谐振频率。该专利技术中，形成的法布里-波罗谐振腔设置在外，容易受到外界环境影响，所以系统稳定性差并且容易产生测量误差。
技术实现思路
为解决以上问题，本专利技术提供了一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，该光纤磁场探测器包括连续谱光源、光谱仪、耦合器、光纤、气泡微腔、包覆层、腔体、磁致伸缩材料。光纤包括包层和纤芯。气泡微腔置于光纤的端面，纤芯连接气泡微腔，包覆层包覆气泡微腔。腔体包围光纤的端部和包覆层。腔体与包层固定连接。腔体内填充有磁致伸缩材料。光纤的另一端面连接耦合器，耦合器连接连续谱光源和光谱仪。更进一步地，磁致伸缩材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。更进一步地，腔体为方形。更进一步地，腔体的一边平行于纤芯，腔体关于纤芯对称设置。更进一步地，腔体的腔壁与包覆层根部之间的距离大于腔体的腔壁与包覆层端部之间的距离。更进一步地，与包覆层端部相邻的腔体的腔壁为弹性材料。本专利技术的有益效果：本专利技术提供了一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，在光纤端面和气泡微腔外设置腔体，腔体内填充磁致伸缩材料，在待测磁场作用下，磁致伸缩材料膨胀，从而改变气泡微腔的体积，从而改变气泡微腔的共振波长，通过共振波长的变化，确定待测磁场。由于本专利技术不需要电信号，所以不受电信号产生的磁场的干扰，另外，由于微腔的共振波长对微腔的尺寸非常敏感，所以本专利技术有灵敏度高、探测准确的优点。本专利技术仅仅改造了光纤头部，增加的体积小，所以能够针对狭小空间的磁场进行探测。此外，本专利技术中，探测的核心部件气泡微腔被包覆在腔体内，保护了核心部件免受外界干扰和损害。以下将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。附图说明图1是基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器的示意图。图2是磁致伸缩材料膨胀后本专利技术形貌变化的示意图。图中：1、纤芯；2、包层；3、气泡微腔；4、包覆层；5、腔壁、6、磁致伸缩材料；7、包覆层根部；8、包覆层端部；9、包层管道。具体实施方式为进一步阐述本专利技术达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本专利技术的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。实施例1本专利技术提供了一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，如图1所示，该光纤探测器包括连续谱光源、光谱仪、耦合器、光纤、气泡微腔3、包覆层4、腔体、磁致伸缩材料6。光纤包括包层2和纤芯1。气泡微腔3置于光纤的端面。纤芯1连接气泡微腔3，包覆层4包覆气泡微腔3。如文献“光纤气泡微腔传感技术”(应用科学学报，第36卷，第1期，2018年)所述，在光纤端面气泡微腔可以通过光纤准备、预处理、施加应力、轴向拉伸及放电、重复放电加热、端面气泡微腔优化等步骤在光纤端面制备。光纤的纤芯1与气泡微腔3连接，光纤的包层2形成包覆层4，包覆层4包覆气泡微腔3。包覆层4与包层2连接，并且为相同材料。如图1所示，腔体包围光纤的端部和包覆层3，相当于光纤从腔体的腔壁5穿透，但是包覆层4和气泡微腔3还是在腔体内。包覆层4与腔壁5不连接。腔体内填充有磁致伸缩材料6，磁致伸缩材料6为镍合金、铁基合金或铁氧体材料。腔体与包层2固定连接，以致于在磁致伸缩材料6膨胀时，腔体不产生相对于包层2的位移。在光纤的另一端面连接耦合器，耦合器又连接连续谱光源和光谱仪。连续谱光源发出的光经耦合器进入光纤，并传播到气泡微腔3，经气泡微腔3反射后，经耦合器进入光谱仪，光谱仪探测反射光谱。测量磁场时，将该光纤磁场探测器置于待测区域，在待测区域的磁场作用下，磁致伸缩材料6膨胀，在磁致伸缩材料6的压迫下，气泡微腔3的体积减小，从而改变气泡微腔3的共振波长，通过共振波长的移动，确定待测磁场。一方面，由于本专利技术不需要电信号，所以不受电信号产生的磁场的干扰；另一方面，由于微腔的共振波长对微腔的尺寸非常敏感，所以本专利技术有灵敏度高、探测准确的优点。本专利技术仅仅改造了光纤头部，增加的体积小，所以能够针对狭小空间的磁场进行探测。此外，本专利技术中，探测的核心部件气泡微腔3被包覆在腔体内，保护了核心部件免受外界干扰和损害。此外，在本专利技术中，可以在腔体内设置不同的磁致伸缩材料6，以满足不同波长或强度的磁场探测，具有使用灵活方便的优点。实施例2在实施例1的基础上，如图1所示，腔体为方形，腔体的一边平行于纤芯1，腔体关于纤芯1对称设置。由于制备时，包覆层4和气泡微腔3关于纤芯1对称分布。如此设置腔体，保证了在纤芯1的两侧，腔壁5与包覆层4的距离相等。当磁致伸缩材料6膨胀时，包覆层4在纤芯1两侧的压力相等，不会使得气泡微腔3关于纤芯1非对称分布。对纤芯1具有对称性的气泡微腔3分布有利于减少气泡微腔3中的共振模式，从而在反射光谱中探测较少的共振谷，有利于信号探测。更进一步地，腔体还可以为圆柱形，圆柱形的轴平行于纤芯1。更进一步地，腔体的腔壁5与包覆层根部7之间的距离大于腔体的腔壁5与包覆层端部8之间的距离。也就是说，对于与包层固定连接的腔壁5，该腔壁5与包覆层4之间的距离大于包覆层端部8与相对腔壁5之间的距离。这样有利于在包覆层根部7设置更多的磁致伸缩材料6，而在包覆层端部8设置较少的磁致伸缩材料6。当磁致伸缩材料6膨胀时，对包覆层4的合力表现为由包覆层根部7指向包覆层端部8。这种合力使得气泡微腔3向与包覆层端部8相对的器壁5移动，也就是向图1中的右侧移动。如图2所示，这导致气泡微腔3不再与纤芯1直接连接，而是通过一段包层管道9与气泡微腔3连接。光从纤芯1进入气泡微腔3时，需要经过包层管道9；光从气泡微腔3进入纤芯1时，也需要经过包层管道9。这样一来，磁致伸缩材料6的膨胀不仅改变了气泡微腔3的共振波长，而且改变了反射光的强度，从另外一个维度表达了磁场信息，提高了探测准确性。更进一步地，包覆层端部8相邻的腔体的腔壁5为弹性材料。也就是图1中右侧的腔壁5为弹性材料。由于弹性材料减小了该器壁5对磁致伸缩材料6的阻挡，这有利于增加上文所述的合力，更多地改变光谱仪所测得的反射光谱，提高探测准确性。以上内容是结合具体的优选实施方式对本专利技术所作的进一步详细说明，不能认定本专利技术的具体实施只局限于这些说明。对于本专利技术所属
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本专利技术的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，其特征在于，包括：连续谱光源、光谱仪、耦合器、光纤、气泡微腔、包覆层、腔体、磁致伸缩材料；所述光纤包括包层和纤芯，所述气泡微腔置于所述光纤的端面，所述纤芯连接所述气泡微腔，所述包覆层包覆所述气泡微腔，所述腔体包围所述光纤的端部和所述包覆层，所述腔体与所述包层固定连接；所述腔体内填充有所述磁致伸缩材料；所述光纤的另一端面连接所述耦合器，所述耦合器连接所述连续谱光源和所述光谱仪。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，其特征在于，包括：连续谱光源、光谱仪、耦合器、光纤、气泡微腔、包覆层、腔体、磁致伸缩材料；所述光纤包括包层和纤芯，所述气泡微腔置于所述光纤的端面，所述纤芯连接所述气泡微腔，所述包覆层包覆所述气泡微腔，所述腔体包围所述光纤的端部和所述包覆层，所述腔体与所述包层固定连接；所述腔体内填充有所述磁致伸缩材料；所述光纤的另一端面连接所述耦合器，所述耦合器连接所述连续谱光源和所述光谱仪。


2.如权利要求1所述的基于磁致伸缩效应的光纤磁场探测器，其特征在于：所述磁致伸缩材料为镍合金、铁基合金、铁氧体材料。
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【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：中山科立特光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44