矢量磁场传感器、制备方法和检测系统技术方案

本申请涉及一种矢量磁场传感器、制备方法和检测系统，涉及光纤磁场传感技术领域，该矢量磁场传感器包括单模光纤、细径保偏光纤、磁流体和石英毛细管，细径保偏光纤的两端分别与单模光纤连接，石英毛细管套设于细径保偏光纤上，磁流体设于石英毛细管内，细径保偏光纤上刻写有长周期光栅。本发明专利技术提供的矢量磁场传感器，解决现有磁场传感器灵敏度有限，测量精度不够，抗干扰能力较差，无法同时测量磁场强度与磁场方向的问题。

【技术实现步骤摘要】
矢量磁场传感器、制备方法和检测系统
本专利技术涉及光纤磁场传感
，特别涉及一种矢量磁场传感器、制备方法和检测系统。
技术介绍
连续矢量磁场传感技术在航海、太空探索、军事等领域具有极其重要的作用。传统磁场传感器主要采用磁阻式、磁二极管式等，传统磁传感器容易受到电磁等环境因素干扰，且不利于远距离传输。在极端环境下，常规磁场传感器的性能会受到影响，甚至出现故障。光纤磁场传感器较传统磁场传感器明显优势在于具有紧凑结构、快速响应、高灵敏度等。随着纳米技术的发展，将功能性纳米材料与光纤结合可以有效实现磁场传感，尤其是对微弱磁场测量。磁流体是一种重要的纳米材料，且具有丰富的磁光特性如可调折射率、可调双折射、可调透光率等。随着特种光纤技术的发展，将光纤器件与磁流体结合可以实现光纤磁场传感，但是大多数器件与磁流体结合只能实现磁场强度的测量，而无法实现磁场方向的辨别，这限制了光纤磁场传感器的应用范围。保偏光纤长周期光栅是在保偏光纤上进行周期性折射率调制，将纤芯基模耦合到正交的偏振包层模式，由于保偏光纤特殊的非对称结构，其包层模式具有非对称环境折射率特性。基于偏振光测量的保偏光纤长周期光栅是光纤矢量传感技术上重要的研究方向。
技术实现思路
基于此，本专利技术的目的是提出一种矢量磁场传感器，解决现有磁场传感器无法同时测量磁场强度与磁场方向的问题。本专利技术提出一种矢量磁场传感器，所述矢量磁场传感器包括单模光纤、细径保偏光纤、磁流体和石英毛细管，所述细径保偏光纤的两端分别与所述单模光纤连接，所述石英毛细管套设于所述细径保偏光纤上，所述磁流体设于所述石英毛细管内，所述细径保偏光纤上刻写有长周期光栅。本专利技术提出的矢量磁场传感器，通过设置磁流体在磁场作用下具有可调折射率特性，纳米颗粒具有链状聚集特性。光纤的存在会打破磁流体纳米粒子链状排列的平衡，导致磁场穿过光纤的平面内纳米粒子分布稀疏，与之垂直的光纤表面纳米粒子丰富，进而在光纤两个正交方向的表面形成高低折射率分布。保偏光纤是一种非对称结构光纤，具有很强的双折射，保偏光纤长周期光栅能将纤芯基模耦合到高阶正交偏振包层模，并且保偏光纤长周期光栅包层模式具有非对称环境折射率特性，通过包层模式倏逝场与磁流体相互作用，可以通过监测包层模式的光谱谐振波长偏移来实现外界磁场强度与方向的同时测量。进一步的，所述保偏光纤的包层直径为80微米。进一步的，所述长周期光栅的周期范围为250-400微米。进一步的，所述石英毛细管的两端注塑有紫外固化胶。进一步的，所述磁流体为水基磁流体。本专利技术还提出一种矢量磁场传感器制备方法，所述方法包括：刻写细径保偏光纤长周期光栅：将预设长度的细径保偏光纤熔接在单模光纤中间，通过二氧化碳激光在细径保偏光纤上刻写长周期光纤光栅；将石英毛细管套在保偏光纤长周期光栅外面，保持所述保偏光纤长周期光栅光纤轴向恒定拉力，利用紫外固化胶封装石英毛细管一端，在所述紫外固化胶固化后利用注射器将磁流体导入所述石英毛细管内，将所述石英毛细管另一端通过所述紫外固化胶密封。本专利技术提出的矢量磁场传感器制备方法，通过使用二氧化碳激光器在细径保偏光纤上制备长周期光纤光栅，长周期光纤光栅插入损耗小，设计灵活，折射率灵敏度高。本专利技术还提出一种矢量磁场传感器检测系统，所述矢量磁场传感器检测系统包括：矢量磁场传感器、宽带光源、光谱仪、起偏器、偏振控制器和磁场发生器；其中，所述宽度光源、所述起偏器、所述偏振控制器、所述矢量磁场传感器和所述光谱仪依序连接，所述矢量磁场传感器设于所述磁场发生器内，所述磁场发生器通过一稳压电源驱动。进一步的，所述磁场发生器内还设有一特斯拉磁力计。进一步的，所述磁场发生器为可旋转磁场发生器。本专利技术提出的矢量磁场传感器检测系统，通过在外界磁场的作用下利用光谱仪监测封装后保偏光纤长周期光栅透射光谱谐振波长的变化，得到光栅谐振峰波长随磁场强度、磁场方向的变化规律。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。附图说明此处所说明的附图用来提出对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：图1为本专利技术第一实施例提出的矢量磁场传感器结构示意图；图2为本专利技术第二实施中提出的矢量磁场传感器检测系统结构示意图；图3为本专利技术第一实施例提出矢量磁场传感器在不同磁场方向下的磁场强度响应图；图4为本专利技术第一实施例提出矢量磁场传感器透射光谱在恒定磁场强度下随磁场方向变化图；图5为本专利技术第一实施例提出矢量磁场传感器在恒定磁场下的磁场方向响应图。主要元件符号说明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这三种情本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种矢量磁场传感器，其特征在于，所述矢量磁场传感器包括单模光纤、细径保偏光纤、磁流体和石英毛细管，所述细径保偏光纤的两端分别与所述单模光纤连接，所述石英毛细管套设于所述细径保偏光纤上，所述磁流体设于所述石英毛细管内，所述细径保偏光纤上刻写有长周期光栅。/n

【技术特征摘要】
1.一种矢量磁场传感器，其特征在于，所述矢量磁场传感器包括单模光纤、细径保偏光纤、磁流体和石英毛细管，所述细径保偏光纤的两端分别与所述单模光纤连接，所述石英毛细管套设于所述细径保偏光纤上，所述磁流体设于所述石英毛细管内，所述细径保偏光纤上刻写有长周期光栅。


2.根据权利要求1所述的矢量磁场传感器，其特征在于，所述保偏光纤的包层直径为80微米。


3.根据权利要求1所述的矢量磁场传感器，其特征在于，所述长周期光栅的周期范围为250-400微米。


4.根据权利要求1所述的矢量磁场传感器，其特征在于，所述石英毛细管的两端注塑有紫外固化胶。


5.根据权利要求1所述的矢量磁场传感器，其特征在于，所述磁流体为水基磁流体。


6.根据权利要求1-5任意一项所述的矢量磁场传感器的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
刻写细径保偏光纤长周期光栅：将预设长度的细径保偏光纤熔接在单模光纤中间，通过二氧化碳激光在细径保偏光纤上刻写长周...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙欣，刘云启，王华，吕康康，于阳东，姜晨，祝远锋，李路明，牟成博，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