【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光学传感，具体涉及利用超磁致伸缩材料terfenol-d棒的超磁致伸缩特性，使用fabry-pérot腔级联fbg集成而制备的光纤传感器。
技术介绍
1、磁场探测技术在军事国防、地质勘测、食品安全检测和环境监测等领域具有重要的应用价值。早期的磁场传感技术以传统的电磁感应式磁场传感器为主，但随着光纤传感技术的不断发展，光纤被引入到磁场传感领域。光纤传感器在磁场传感方面具有光传输损耗小、抗电磁干扰、可远距离测量、高分辨率以及高灵敏度等特点，所以逐渐取代了传统电磁感应式磁场传感器。
2、磁致伸缩材料是一类在磁化过程中会发生变形的铁磁性材料，基于这类磁敏材料的光纤传感器的基本原理是将在磁场作用下产生的纵向或横向应变传递给光纤传感系统，实现磁能和光能的转换。通过直接涂覆磁致伸缩薄膜或与磁致伸缩材料结合，将外加磁场在磁致伸缩材料中产生的应变传递到fbg(光纤光栅)，可将fbg设计为磁场或电流传感。然而，fbg和磁致伸缩材料受温度的影响很大，这可能使得磁场和温度的测量光谱区分变得困难。这种温度交叉敏感效应可以通过额外引入一个小尺寸且易于集成的光纤法布里-珀罗干涉仪(fpi)温度传感结构来消除。但是由于光纤本身的热膨胀系数和热光系数较小，全光纤fpi温度传感器的灵敏度普遍较低。
3、因此，针对上述问题，予以进一步改进。
技术实现思路
1、本专利技术的主要目的在于提供基于terfenol-d棒的fabry-pérot腔级联fbg集成的光纤传感器，利用超磁致伸缩材
2、为达到以上目的，本专利技术提供基于terfenol-d棒的fabry-pérot腔级联fbg集成的光纤传感器，包括fbg单模光纤和pdms膜，在fbg单模光纤与pdms膜中间留置一段空气，由于fbg单模光纤、空气和pdms膜折射率的不同，使得传感器具有两个反射面，分别是m1(smf/空气界面)和m2(空气/pdms膜界面)，m1和m2之间构成一个fp腔，其中：
3、传感器的输出光强(可近似)表示为：
4、ιout＝ιin·[fb+(1-fb)2·fp]；
5、其中，为fbg单模光纤的反射系数；rb,λb和b分别是fbg单模光纤的反射率、中心波长以及fbg反射峰的带宽；是fp腔的反射系数，rp和l分别是fp腔的反射端的反射率和空气腔的长度；
6、将传感器的探头置于不同的温度环境当中，固化后的pdms膜向两侧均匀膨胀，改变fpi空气腔的长度引起干涉波长的位置变化，因此，传感器对温度的响应表示为：
7、δλp＝kp,tτ；
8、(影响光纤光栅波长的主要因素有弹光效应、热光效应、热膨胀效应)将fbg单模光纤的fbg光栅区域和弹性元件terfenol-d棒进行组合(一旦对传感结构施加磁场，弹性元件就会产生应变，然后这种应变被传递至光栅栅区，影响光栅周期的变化，接着这种应变转化成波长的变化，所以fbg作为敏感元件就可以通过监测fbg波长来进行磁场的传感)，常温下，根据光纤光栅的应变传递理论，布拉格波长变化表示为：
9、
10、其中，δε1是应变量，ρc是应光张量，在磁场作用下，terfenol-d棒由于磁致伸缩效应而产生应变；(在一定范围内，应变与外加磁场强度成线性关系，可由fbg检测)当传感器处于稳定温度环境(δτ＝0)时，fbg单模光纤的波长位移仅与磁场强度有关，如下式所示：
11、δλb＝kb,hclh；
12、其中，kb,h是布拉格光栅的中心波长对磁场响应的灵敏度，cl是terfenol-d棒的磁致伸缩量，h是施加的外磁场，传感器的最终光谱是由fbg单模光纤和fp腔的反射光谱叠加而成，通过测量光谱干涉峰的波长变化和光纤光栅的中心波长偏移，实现对磁场和温度的同时测量。
13、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，fbg单模光纤插入毛细玻璃管内的一端，用uv胶在玻璃管口处把fbg单模光纤固定住，另一端用细针头蘸取提前配置好的体积分数一定的pdms，利用毛细效应将细针头上面的pdms吸入毛细玻璃管内，并且放入温控箱内加热固化预设时间，以使得端口平切的fbg单模光纤(头)与固化好的pdms膜之间形成fp腔，然后把fbg单模光纤上的fbg栅区用uv胶粘贴在开槽的terfenol-d棒上；
14、由于fbg单模光纤、空气和pdms膜折射率的不同，构成两个反射面，分别是m1(smf/空气界面)和m2(空气/pdms膜界面)，m1和m2之间构成一个fp腔。
15、作为上述技术方案的进一步优选的技术方案，当确定fpi光谱峰值(δλp)波长变化和fbg单模光纤(δλb)中心波长漂移时，构建灵敏度矩阵：
16、
17、其中，kp,t，kb,t和kb,h，kp,h分别是fpi和fbg单模光纤对应的温度响应灵敏度以及磁场响应灵敏度，通过矩阵反演，获得磁场和温度的相对值为：
18、
19、其中，m＝kp,tkb,h-kp,hkb,t，然后标定fpi的光谱干涉峰和fbg单模光纤的中心波长的变化来分别测量温度响应和磁场响应，进而确定矩阵的系数。
20、本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现所述基于terfenol-d棒的fabry-pérot腔级联fbg集成的光纤传感器。
21、本专利技术还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现所述基于terfenol-d棒的fabry-pérot腔级联fbg集成的光纤传感器。
22、本专利技术的有益效果在于：
23、1.本专利技术将聚二甲基硅氧烷(pdms)与光纤结合，极大地提高了光纤传感器对温度的灵敏度；
24、2.利用灵敏度传输矩阵能巧妙有效地解决fbg磁场传感器的温度敏感问题；
25、3.传感结构简单易制备，结构单元易集成，成本低；
26、4.根据实验结果，在磁场0～8mt的磁场范围内，磁场灵敏度为2.16pm/mt，预计可以实现弱磁场测量；
27、5.通过测量光谱干涉峰的波长变化和光纤光栅的中心波长偏移，可以实现对磁场和温度的同时测量。
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1.一种基于Terfenol-D棒的Fabry-Pérot腔级联FBG集成的光纤传感器，其特征在于，包括FBG单模光纤和PDMS膜，在FBG单模光纤与PDMS膜中间留置一段空气，由于FBG单模光纤、空气和PDMS膜折射率的不同，使得传感器具有两个反射面，分别是M1和M2，M1和M2之间构成一个FP腔，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于Terfenol-D棒的Fabry-Pérot腔级联FBG集成的光纤传感器，其特征在于，FBG单模光纤插入毛细玻璃管内的一端，用UV胶在玻璃管口处把FBG单模光纤固定住，另一端用细针头蘸取提前配置好的体积分数一定的PDMS，利用毛细效应将细针头上面的PDMS吸入毛细玻璃管内，并且放入温控箱内加热固化预设时间，以使得端口平切的FBG单模光纤与固化好的PDMS膜之间形成FP腔，然后把FBG单模光纤上的FBG栅区用UV胶粘贴在开槽的Terfenol-D棒上。
3.根据权利要求2所述的一种基于Terfenol-D棒的Fabry-Pérot腔级联FBG集成的光纤传感器，其特征在于，当确定FPI光谱峰值ΔλP波长变化和FBG单模光纤
4.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至3任一项所述基于Terfenol-D棒的Fabry-Pérot腔级联FBG集成的光纤传感器。
5.一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述基于Terfenol-D棒的Fabry-Pérot腔级联FBG集成的光纤传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种基于terfenol-d棒的fabry-pérot腔级联fbg集成的光纤传感器，其特征在于，包括fbg单模光纤和pdms膜，在fbg单模光纤与pdms膜中间留置一段空气，由于fbg单模光纤、空气和pdms膜折射率的不同，使得传感器具有两个反射面，分别是m1和m2，m1和m2之间构成一个fp腔，其中：
2.根据权利要求1所述的一种基于terfenol-d棒的fabry-pérot腔级联fbg集成的光纤传感器，其特征在于，fbg单模光纤插入毛细玻璃管内的一端，用uv胶在玻璃管口处把fbg单模光纤固定住，另一端用细针头蘸取提前配置好的体积分数一定的pdms，利用毛细效应将细针头上面的pdms吸入毛细玻璃管内，并且放入温控箱内加热固化预设时间，以使得端口平切的fbg单模光纤与固化好的pdms膜之间形成fp腔，然后把fbg单模光...
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