磁流体填充的光纤磁场和位移传感器.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114137450A(43)申请公布日2022.03.04(21)申请号202111442836.3(22)申请日2021.11.30(71)申请人哈尔滨理工大学地址150080黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路52号(72)发明人沈涛袁航王瑞亚(51)Int.Cl.G01R33/032(2006.01)G01B11/02(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图1页(54)发明名称磁流体填充的光纤磁场和位移传感器(57)摘要本发明专利提供了磁流体填充的光纤磁场和位移传感器，它包括ASE光源(1)、环形器(2)、传感单元(3)、光谱分析仪(4)、信号分析模块(5)、计算机(6)。本发明专利结合法布里‑珀罗腔和FBG传感原理，通过法布里‑珀罗腔级联FBG进行传感，使ASE光源产生的光束在FBG产生干涉光谱，通过反射光谱波长的检测，实现位移的测量，并通过FBG产生的反射尖峰，检测磁场的变化，并且通过信号分析模块进行信号处理，实现了在计算机上处理，达到了数字化、智能化的目的。本发明实现了双参量检测、交叉敏感小、传感器体积小，且可在计算机上输出，实现了对磁场和位移同时且实时监测的目的。CN114137450ACN114137450A权利要求书1/1页1.磁流体填充的光纤磁场和位移传感器，其特征在于：它包括ASE光源(1)、环形器(2)、传感单元(3)、光谱分析仪(4)、信号分析模块(5)、计算机(6)；所述传感单元(3)是由法布里‑珀罗腔(3‑3)和FBG(3‑4)级联构成的光纤复合结构，其中，法布里‑珀罗腔(3‑3)是由膜片(3‑1)和FBG(3‑4)的一光滑端面与空芯光纤(3‑2)围成的，且法布里‑珀罗腔(3‑3)内部填充着磁流体(3‑5)；传感单元(3)的具体制备过程包括光纤复合结构的制作和磁流体(3‑5)的填充，其中：光纤复合结构的制作包括法布里‑珀罗腔(3‑3)的制作，以及法布里‑珀罗腔(3‑3)和FBG(3‑4)级联结构的制作；首先，法布里‑珀罗腔(3‑3)腔长为150μm；膜片(3‑1)是10μm厚的PDMS膜；其次，法布里‑珀罗腔(3‑3)与FBG(3‑4)级联结构的制作包括：FBG(3‑4)栅区长为20mm且中心波长为1550nm；膜片(3‑1)采取蘸取固化方式贴合在空芯光纤(3‑2)一平整端面；空芯光纤(3‑2)另一平整端面和FBG(3‑4)之间采取光纤熔接机熔接方式，最后形成光纤复合结构；磁流体(3‑5)的填充，包括磁流体(3‑5)的制备；磁流体(3‑5)选取浓度为1emu/g的CoFe2O4水基磁流体，厚度与法布里‑珀罗腔(3‑3)腔长一致，为150μm；其中，CoFe2O4的制备过程为分别称量5mol的CoCl2·6H2O和10mol的FeCl3·6H2O，与去离子水混合搅拌成溶液后快速倒入95℃的氢氧化钠溶液中，放置在可加热的搅拌机上，进行95℃水浴加热，搅拌2小时，待其完全反应并产生沉淀CoFe2O4，用去离子水和浓度为95％乙醇反复交替对其进行浸泡洗涤，利用离心机分离，将沉淀物铺在培养皿中放入干燥箱，100℃干燥两小时后取出进行研磨，得CoFe2O4粉末；所述的磁流体填充的光纤磁场和位移传感器，其特征还在于：ASE光源(1)发出光束传输至环形器(2)，环形器(2)输出光束传输至传感单元(3)，光束在传感单元(3)中产生干涉，当被测基体位移发生变化时，传感单元(3)中发生形变，FBG(3‑4)栅距发生变化，光栅布拉格信号波长发生位移，再传输至法布里‑珀罗腔(3‑3)，由于法布里‑珀罗腔(3‑3)腔体长度也随位移发生变化，光谱发生漂移，经其全反射后，光波流经FBG(3‑4)传输至环形器(2)；而当磁场发生变化时，由于磁场影响磁流体(3‑5)的排布，磁流体(3‑5)折射率发生变化，导致干涉光光谱发生漂移，反射光束流经FBG(3‑4)，又传输至环形器(2)，干涉光通过将反射光谱传输至光谱分析仪(4)显示干涉光谱，信号分析模块(5)将光谱分析仪(4)中的解调并传输至计算机(6)进行数据处理。2.根据权利要求1所述的磁流体填充的光纤磁场和位移传感器，其特征在于：所述的ASE光源(1)为宽带光源，中心波长为1550nm，用于产生光信号。3.根据权利要求1所述的磁流体填充的光纤磁场和位移传感器，其特征在于：所述传感单元(3)在测量位移时，被粘连在被测基体上，当被测基体产生位移时传感单元(3)产生形变，FBG(3‑4)栅距和法布里‑珀罗腔(3‑3)腔体长度发生变化，实现位移的测量；而测量磁场时，传感单元(3)中磁流体(3‑5)折射率随磁场发生变化，实现磁场的测量。2CN114137450A说明书1/4页磁流体填充的光纤磁场和位移传感器技术领域[0