磁流体填充的光纤应力和磁场传感器.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CN114114097A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202111445335.0(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)发明人冯月沈涛袁航袁悦(51)Int.Cl.G01R33/032(2006.01)权利要求书1页说明书4页附图2页(54)发明名称磁流体填充的光纤应力和磁场传感器(57)摘要本发明专利提供了磁流体填充的光纤应力和磁场传感器，它包括ASE光源(1)、环形器(2)、多参量测量系统(3)、光谱分析仪(4)、解调模块(5)、计算机(6)。本发明专利结合法布里‑珀罗腔和FBG传感原理，通过磁流体填充的法布里‑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，实现应力的测量，并通过FBG产生的反射尖峰，检测磁场的变化，并且通过解调模块进行解调，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、测量精度高、传感器体积小，且可在计算机上输出，实现了对应力和磁场同时且实时监测的目的。CN114114097ACN114114097A权利要求书1/1页1.磁流体填充的光纤应力和磁场传感器，其特征在于：它包括ASE光源(1)、环形器(2)、多参量测量系统(3)、光谱分析仪(4)、解调模块(5)、计算机(6)；所述多参量测量系统(3)包括磁铁A(3‑1)、磁铁移动装置(3‑2)、应力测试平台(3‑3)、磁铁B(3‑4)、传感单元(3‑5)，其中：传感单元(3‑5)粘接在应力测试平台(3‑3)上，并且应力测试平台(3‑3)固定在磁铁移动装置(3‑2)中间位置，另外，在磁铁移动装置(3‑2)上端安装着带有N极磁场的磁铁A(3‑1)，同样地，磁铁移动装置(3‑2)下端安装着带有S极磁场的磁铁B(3‑4)；传感单元(3‑5)中法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)、单模光纤(3‑5‑3)与FBG(3‑5‑4)级联构成光纤复合结构，另外，法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)一端附着着膜片(3‑5‑1)，且法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)内部填充着磁流体(3‑5‑5)；传感单元(3‑5)的具体制备过程包括光纤复合结构的制作，其中：光纤复合结构的制作包括法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)的制作，以及法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)、单模光纤(3‑5‑3)与FBG(3‑5‑4)级联结构的制作；首先，法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)的制作主要包括膜片(3‑5‑1)的制备；法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)腔长为100μm；膜片(3‑5‑1)选取5μm厚的PDMS膜片；其次，法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)、单模光纤(3‑5‑3)与FBG(3‑5‑4)级联结构的制作包括：FBG(3‑5‑4)栅区长为25mm且中心波长为1550nm；法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)和FBG(3‑5‑4)两者与端面切割平整的单模光纤(3‑5‑3)之间的连接方式均采取光纤熔接机熔接方式，最后形成光纤复合结构；所述的磁流体填充的光纤应力和磁场传感器，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)输出光束传输至多参量测量系统(3)中的传感单元(3‑5)，光束在传感单元(3‑5)中产生干涉，当多参量测量系统(3)中应力发生变化时，FBG(3‑5‑4)栅距发生变化，反射波波长发生变化，而透射光再传输至法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)，由于法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)腔体长度也随应力发生变化，光谱发生飘移，经其全反射后，光波流经FBG(3‑5‑4)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(3‑5‑5)的排布，导致膜片(3‑5‑1)发生弹性形变，进而改变了法布里‑珀罗腔(3‑5‑2)腔长，导致干涉光光谱发生飘移，反射光束流经FBG(3‑5‑4)，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，解调模块(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应力和磁场传感器，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；所述的磁流体(3‑5‑5)为金属型磁流体Co‑B。3.根据权利要求1所述的磁流体填充的光纤应力和磁场传感器，其特征在于：所述多参量测量装置(3)测量应力时，应力测试平台(3‑3)产生形变，进而带动传感单元(3‑5)发生形变，实现应力的测量；而测量磁场时，调节磁铁移动装置(3‑2)使磁场发生变化，实现磁场的测量。2CN114114097A说明书1/4页磁流体填充的光纤应力和磁场传感器技术领域[0001]本发明属于光纤