【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光纤传感器，特别涉及一种基于fp腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器。
技术介绍
1、磁性光纤传感器是一种新型的光学传感器，它利用光纤的特性来检测磁场。它具有高灵敏度、高精度、低成本、低功耗、无污染、可靠性高等优点，很多磁性传感器使用的材料主要有磁性材料、磁性氧化物、磁性纳米粒子等。目前大部分磁性传感器使用磁流体材料。磁流体分子随着外界磁场强度和方向改变，磁性粒子倾向于沿磁场方向聚集成链状，从而磁流体的折射率会随之变化。还有些磁性光纤传感器材料是磁性氧化物，它贴附和包裹在光纤结构上，在磁场作用下，光纤结构发生变化，进而改变光纤相位等参量。
2、目前，磁流体纳米颗粒与光纤（例如非绝热锥形光纤）相互作用形成的新型传感器。在f-p加入磁流体纳米颗粒，提高磁场检测灵敏度。为了进一步提高灵敏度，利用游标效应的反射式法布里-珀罗（fp）结构形成磁流体磁场传感器，但是传感器的结构有点复杂。在光子光纤中pcf中加入液晶材料，利用锥形光纤耦合激发，形成wgm模式的磁场传感器。由于磁流体磁性比液晶强，很多学者使用磁流体作为磁性传感器，然后液晶由于棒状分子的结构特异性展现磁性较弱而使用较少。
技术实现思路
1、本专利技术目的是为解决现有技术中的问题而提出了一种基于fp腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，基于液晶游标效应的液晶磁性传感技术，可以用于检测磁场强度和温度。液晶游标效应可以增强传感器的磁性灵敏度，液晶磁性传感器具有简单结构、可调节响应、灵敏度高、低成本和可靠性好等优点
2、一种基于fp腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，包括宽带光源、光纤环形器、光谱分析仪和光纤液晶传感头，所述光纤环形器设有光输入端口、光输出端口和光返回端口，宽带光源与光输入端口相连接，光谱分析仪与光返回端口相连接，光纤液晶传感头与光输出端口相连接；
3、所述光纤液晶传感头包括第一单模光纤、液晶封装单元、光反射结构，第一单模光纤的自由端与光输出端口相连接，第一单模光纤的传感端为平切面，且封装在液晶封装单元内与向列相液晶相接触，光反射结构封装在液晶封装单元内与液晶的另一端相接触作为光反射面；第一单模光纤的传感端与光反射结构之间形成fp腔，在fp腔内充满向列相液晶。
4、优选的，在第一单模光纤上靠近其传感端的位置处刻写有布拉格光栅，其中布拉格光栅位于液晶封装单元内。
5、优选的，所述液晶封装单元包括毛细管，在毛细管内封装有向列相液晶，第一单模光纤的传感端封装在毛细管内且与向列相液晶相接触，布拉格光栅位于毛细管内。
6、优选的，所述光反射结构包括第二单模光纤，所述第二单模光纤的一端为镀膜端，镀膜端为平切面且在平切面上镀有光反射膜，镀膜端封装在毛细管内且与向列相液晶相接触；第一单模光纤的传感端与第二单模光纤的光反射膜之间形成fp腔，在fp腔内充满向列相液晶。
7、优选的，所述毛细管长度为2-5厘米，fp腔长度为10-500微米。
8、优选的，所述向列相液晶为掺杂有磁性纳米粒子的向列相液晶。
9、优选的，在第一单模光纤表面涂覆有覆盖布拉格光栅的温度敏感膜。
10、本专利技术所具有的有益效果为：（1）本专利技术中由于向列相液晶分子的双折射特性产生游标光谱，进一步增强了磁场灵敏度。实验结果表明，在0～30gs的测量范围内，本专利技术的磁灵敏度可达4.4nm/gs，具有良好的线性，当磁场超过100gs时，传感器将磁饱和。
11、（2）本专利技术进行温度测量时，利用光纤光栅布拉格fbg对温度进行测试，温度范围为20-41°c，温度测试平台为ptc1/m,精度为0.1°c。经过实验论证，传感器的灵敏度为0.01nm/°c。线性度 r2为0.99。
12、（3）本专利技术利用向列相液晶游标效应放大光学信号，向列相液晶具有磁性效应的特点和双折射形成的游标放大效应使得结构在磁场中表现出高灵敏度，补偿液晶磁性弱特点。因此本专利技术的向列相液晶游标效应的磁场传感器同时能对磁场和温度进行测量。
13、（4）本专利技术属于液晶磁性光纤传感器，其优势在于它可以检测到微弱的磁场变化，在弱磁场中，向列相液晶的折射率和磁场之间存在线性关系。如果使用掺杂有磁性纳米粒子的向列液晶，会提高向列相液晶对磁场的敏感性，例如含有铁质向列相液晶中磁性纳米粒子（例如磁铁矿，由铁磁粒子官能化的碳纳米管）的悬浮液；另一方面，在布拉格光栅fbg表面涂覆对温度敏感的物质，可以提高测量温度的灵敏度。
14、（5）本专利技术结构具有结构简单、易于制造等优点，在未来磁场和温度检查领域具有实际应用潜力。
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1.一种基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，包括宽带光源、光纤环形器、光谱分析仪和光纤液晶传感头，所述光纤环形器设有光输入端口、光输出端口和光返回端口，宽带光源与光输入端口相连接，光谱分析仪与光返回端口相连接，光纤液晶传感头与光输出端口相连接；
2.根据权利要求1所述的基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，在第一单模光纤上靠近其传感端的位置处刻写有布拉格光栅，其中布拉格光栅位于液晶封装单元内。
3.根据权利要求1或2所述的基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，所述液晶封装单元包括毛细管，在毛细管内封装有向列相液晶，第一单模光纤的传感端封装在毛细管内且与向列相液晶相接触，布拉格光栅位于毛细管内。
4.根据权利要求3所述的基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，所述光反射结构包括第二单模光纤，所述第二单模光纤的一端为镀膜端，镀膜端为平切面且在平切面上镀有光反射膜，镀膜端封装在毛细管内且与向列相液晶相接触；第一单模光纤的传感端与第二单模光纤的光反射膜之间形成FP腔，在FP
5.根据权利要求4所述的基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，所述毛细管长度为2-5厘米，FP腔长度为10-500微米。
6.根据权利要求4所述的基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，所述向列相液晶为掺杂有磁性纳米粒子的向列相液晶。
7.根据权利要求4所述的基于FP腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，在第一单模光纤表面涂覆有覆盖布拉格光栅的温度敏感膜。
...【技术特征摘要】
1.一种基于fp腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，包括宽带光源、光纤环形器、光谱分析仪和光纤液晶传感头，所述光纤环形器设有光输入端口、光输出端口和光返回端口，宽带光源与光输入端口相连接，光谱分析仪与光返回端口相连接，光纤液晶传感头与光输出端口相连接；
2.根据权利要求1所述的基于fp腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，在第一单模光纤上靠近其传感端的位置处刻写有布拉格光栅，其中布拉格光栅位于液晶封装单元内。
3.根据权利要求1或2所述的基于fp腔的具有温度补偿的光纤液晶磁场传感器，其特征在于，所述液晶封装单元包括毛细管，在毛细管内封装有向列相液晶，第一单模光纤的传感端封装在毛细管内且与向列相液晶相接触，布拉格光栅位于毛细管内。
4.根据权利要求3所述的基于f...
【专利技术属性】
技术研发人员：汪超，杨宏坤，尹勇，杨世亮，朱展枢，黄国钢，
申请(专利权)人：深圳技术大学，
类型：发明
国别省市：
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