[发明专利]基于磁流体填充光子晶体微腔的磁场和温度同时测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于磁流体填充光子晶体微腔的磁场和温度同时测量方法，属于光电检测技术领域。

背景技术

磁场是很多自然现象的基本物理参数，汽车和飞机的高精确度导航和定位、医学生物检测和疾病检测、异常微弱信号的获取、探索危险以及人类不能够到达的领域等，这些都需要使用磁场传感器。所以对磁场测量方法的研究一直受到人们的广泛关注(文献1. 姜智鹏， 赵伟，屈凯峰，磁场测量技术的发展及其应用[J]，电测与仪表，2008，45(508)：1-5, 10.)。应用广泛的基于霍尔效应的磁场传感器虽然使用方便, 价格便宜, 但精度不高, 且温度稳定性不好。而基于磁光效应的光学磁场传感器由于其具有安全防爆、抗电磁干扰、质量轻、响应速度快、测量范围大、可进行实时远距离监测等优异特性而成为目前研究最多的磁场测量技术(文献2. C. L. Tien, H. W. Chen, C. C. Hwang, et al. Magnetic field sensor based on double-sided polished fiber-Bragg gratings[J]. Measurement Science & Technology, 2009, 20(7): 075202(1-6).)。

磁流体是磁性纳米颗粒借助表面活性剂均匀地分散在基液中而形成的一种稳定的胶状液体，它既具有固体磁性材料的磁性又具有液体的流动性。作为一种新型的功能材料，磁流体具有很多独特的磁光特性，如双折射效应、法拉第效应、热透镜效应、以及可调谐折射率特性等(文献3. Y. Zhao, Y. Zhang, R. Lv, et al. Novel optical devices based on the tunable refractive index of magnetic fluid and their characteristics[J], Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 2011, 323(23):2987-2996.)。利用磁流体的可调谐折射率特性，磁流体在不同磁场作用下的折射率会发生变化，进而会引起系统的输出发生相应变化，基于此，很多光学磁场测量方法在近几年被相继提出(文献4. 丁立. 基于磁流体和FBG的光纤磁场传感研究[D]. 武汉理工大学，2012; 文献5. R. Gao, Y. Jiang, and S. Abdelaziz. All-fiber magnetic field sensors based on magnetic fluid-filled photonic crystal fibers[J]. Optics Letters, 2013, 38(9): 1539-1541; 文献6. R. Lv, Y. Zhao, D. Wang, Q. Wang. Magnetic fluid-filled optical fiber fabry-pérot sensor for magnetic field measurement[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2014, 26(3): 212-219.)，为高灵敏度的磁场测量提供了一种新技术和新思路。这种方法不仅具有传统光学磁场传感器的优点，还具有操作简单、结构小、灵敏度高等优异特性。然而在实际测量中，外界温度的变化是一个不可忽略的因素，由于温度的变化同样会引起磁流体的折射率发生不可预知的变化(文献7. Y. F. Chen, S. Y. Yang, W. S. Tse, et al. Thermal effect on the field-dependent refractive index of the magnetic fluid film. Applied Physical Letters, 2003, 82(20): 3481-3483, May 2003.)，即磁场和温度交叉敏感现象，这样会大大降低磁场测量的精度。

因此，如果能够提出一种磁场和温度同时测量的方法，这样不仅可以提高磁场测量的精度，而且可以解决磁场和温度的交叉敏感问题，实现磁场和温度两个参数的同时测量。这种新型的测量装置能够大大拓宽光学磁场传感器在磁场测量领域中的应用，具有十分重大的现实意义。此外，该系统还提供了一种双参数同时测量的方法，可大大降低双参数测量系统的尺寸和成本。

发明内容

（一）要解决的技术问题