磁场传感器及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种磁场传感器及其制备方法，该磁场传感器包括入射单模光纤、出射单模光纤、硼锗共掺光纤和毛细管，硼锗共掺光纤熔接在入射单模光纤和出射单模光纤之间，激光器直接在硼锗共掺光纤上刻写接近色散拐点的长周期光纤光栅，长周期光纤光栅封装在毛细管内，毛细管内注射磁流体材料进行填充，毛细管的端口通过紫外固化胶密封。根据本发明专利技术提供的磁场传感器当外界磁场发生变化时，磁流体的折射率会随之改变，光谱上的两个波谷都会产生漂移，通过测量偏移后两个波谷的波长差，可实现对磁场的测量，具有高灵敏度、良好稳定性的优势。

【技术实现步骤摘要】
磁场传感器及其制备方法
本专利技术涉及磁场和电流检测领域，特别涉及一种磁场传感器及其制备方法。
技术介绍
在电力工业的发展中，关于智能电网系统中电磁或漏磁的检测已变得不可或缺，随着传感技术不断小型化、智能化的发展，利用电信号进行传感的磁场传感器就暴露了体积大、结构复杂、适应力低等缺陷，光纤光栅磁场传感器具有抗电磁干扰、灵敏度高、体积小、适用于恶劣环境等优势，因此在智能电网的未来发展过程中有着重要的应用。目前光纤光栅磁场传感器主要有基于法拉第效应、基于磁致伸缩材料、基于磁流体磁场传感器。基于法拉第效应的磁场传感器，在整个系统中，除了部分光学器件之外都是光纤，但由于二氧化硅的维尔德常数过低，一般需要将光纤环绕好多圈来增大偏振旋转角度，当环绕圈数过多时，光纤的双折射就会对测量结果带来影响，在实验中也较容易产生误差，并且其对光纤长度的要求较高。基于磁致伸缩材料的磁场传感器，通常是将光纤光栅直接粘贴在超磁致伸缩棒上，超磁致伸缩棒的长度通常较小，存在着灵敏度低，稳定性差的问题。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提出一种磁场传感器及其制备方法，以解决现有光纤光栅磁场传感器存在的灵敏度低，稳定性差的问题。本专利技术提出的一种磁场传感器，包括入射单模光纤、出射单模光纤、硼锗共掺光纤和毛细管，所述硼锗共掺光纤的传入端和输出端分别与所述入射单模光纤和所述出射单模光纤的一端连接，所述入射单模光纤和所述出射单模的另一端分别连接可调谐激光器和光功率检测仪器，所述硼锗共掺光纤上设有接近色散拐点的长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅设于毛细管内，所述毛细管内还设有磁流体，所述毛细管设于磁场发生器之间，所述磁场发生器与稳定电源连接。本专利技术提出的磁场传感器，利用磁流体在磁场作用下具有可调谐性，当外界磁场发生变化时，磁流体的折射率会随之改变，在光功率检测仪器显示出的光谱的谷会产生偏移，通过测量偏移就可实现对磁场的测量，极大的提高了光纤光栅传感器的灵敏度。进一步的，所述硼锗共掺光纤的包层直径范围为120-130微米，所述硼锗共掺光纤的纤芯直径为6-7微米。进一步的，所述磁场发生器内设有磁力计。进一步的，所述长周期光线光栅的周期范围为100-2000微米。进一步的，所述长周期光纤光栅的工作波长范围为600-2400纳米。进一步的，所述磁流体为水基磁流体。本专利技术还提出的一种磁场传感器制备方法，方法包括：刻写接近于色散拐点的长周期光纤光栅：将预设长度的硼锗共掺光纤熔接在入射单模光纤和出射单模光纤之间，通过激光器在硼锗共掺光纤上刻写接近色散拐点的长周期光纤光栅；将长周期光纤光栅设于毛细管内，利用紫外固化胶封装所述毛细管的一端，待所述紫外固化胶固化后利用注射器将磁流体导入所述毛细管内，施加轴向压力保持长周期光纤光栅处于伸直状态，将所述毛细管的另一端通过紫外固化胶进行密封。本专利技术提出的磁场传感器制备方法，使用激光机对硼锗共掺光纤进行曝光处理，刻写出接近于色散拐点的长周期光纤光栅，接近于色散拐点处的长周期光纤光栅在光谱上会有两个波谷，通过测量偏移后两个波谷对应的波长差即可实现对磁场的测量，设计灵活，且该长周期光纤光栅插入损耗小，易于加工，稳定性高。进一步的，所述硼锗共掺光纤的预设长度为3厘米。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实施例了解到。附图说明图1为本专利技术第一实施例提出的磁场传感器的结构示意图；图2为本专利技术第一实施例提出的磁场检测系统的结构示意图；图3为图1中长周期光纤光栅封装前的透射光谱图；图4为图1中长周期光纤光栅封装后的透射光谱图；图5为图1中长周期光纤光栅在不同磁场中的双波谷变化规律图；图6为图5中双波谷变化规律的标准曲线图。主要元件符号说明：传感器10宽带光源11入射单模光纤101光谱仪12出射单模光纤102磁场发生器13硼锗共掺光纤103稳定电源15毛细管104磁力计14长周期光纤光栅1031紫外固化胶1042磁流体1041如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行描述和说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请提出的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。此外，还可以理解的是，虽然这种开发过程中所作出的努力可能是复杂并且冗长的，然而对于与本申请公开的内容相关的本领域的普通技术人员而言，在本申请揭露的
技术实现思路
的基础上进行的一些设计，制造或者生产等变更只是常规的技术手段，不应当理解为本申请公开的内容不充分。在本申请中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域普通技术人员显式地和隐式地理解的是，本申请所描述的实施例在不冲突的情况下，可以与其它实施例相结合。除非另作定义，本申请所涉及的技术术语或者科学术语应当为本申请所属
内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本申请所涉及的“一”、“一个”、“一种”、“该”等类似词语并不表示数量限制，可表示单数或复数。本申请所涉及的术语“包括”、“包含”、“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含；例如包含了一系列步骤或模块(单元)的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可以还包括没有列出的步骤或单元，或可以还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。本申请所涉及的“连接”、“相连”、“耦接”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电气的连接，不管是直接的还是间接的。本申请所涉及的“多个”是指两个或两个以上。“和/或”描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。本申请所涉及的术语“第一”、“第二”、“第三”等仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序。请参阅图1，本专利技术第一实施例中的磁场传感器10，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种磁场传感器，其特征在于，包括入射单模光纤、出射单模光纤、硼锗共掺光纤和毛细管，所述硼锗共掺光纤的传入端和输出端分别与所述入射单模光纤和所述出射单模光纤的一端连接，所述入射单模光纤和所述出射单模的另一端分别连接可调谐激光器和光功率检测仪器，所述硼锗共掺光纤上设有接近色散拐点的长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅设于毛细管内，所述毛细管内还设有磁流体，所述毛细管设于磁场发生器之间，所述磁场发生器与稳定电源连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种磁场传感器，其特征在于，包括入射单模光纤、出射单模光纤、硼锗共掺光纤和毛细管，所述硼锗共掺光纤的传入端和输出端分别与所述入射单模光纤和所述出射单模光纤的一端连接，所述入射单模光纤和所述出射单模的另一端分别连接可调谐激光器和光功率检测仪器，所述硼锗共掺光纤上设有接近色散拐点的长周期光纤光栅，所述长周期光纤光栅设于毛细管内，所述毛细管内还设有磁流体，所述毛细管设于磁场发生器之间，所述磁场发生器与稳定电源连接。


2.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述硼锗共掺光纤的包层直径为120-130微米，所述硼锗共掺光纤的纤芯直径为6-7微米。


3.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述磁场发生器内设有磁力计。


4.根据权利要求1所述的磁场传感器，其特征在于，所述长周期光线光栅的周期范围为100-2000微米。

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【专利技术属性】
技术研发人员：王华，刘云启，于阳东，姜晨，孙欣，李路明，吕康康，牟成博，祝远锋，肖子洋，
申请(专利权)人：国网江西省电力有限公司信息通信分公司，国家电网有限公司，上海大学，江西师范大学，
类型：发明
国别省市：江西;36