[发明专利]一种带温度补偿的光栅光纤磁场传感器及制备方法和基于其的分布式测量系统

权利要求书

1.一种带温度补偿的光栅光纤磁场传感器，其特征在于，包括环氧树脂基体、光纤(3)、磁场测量光栅(6)和温度补偿光栅(7)；

所述环氧树脂基体由高模量环氧树脂(1)和固化于其中的低模量环氧树脂(2)组成，在低模量环氧树脂区域形成用于放置光栅的栅区；在高模量环氧树脂(1)中排布有若干呈取向性的磁致伸缩Terfenol-D颗粒(8)；

在环氧树脂基体中，沿纵向设有相互平行的金属化镍层和通孔(9)，光纤(3)由金属化镍层的一端穿入环氧树脂基体，从金属化镍层的另一端穿出环氧树脂基体，然后由通孔(9)的一端穿入环氧树脂基体，由通孔(9)的另一端穿出环氧树脂基体；

光纤(3)的磁场测量光栅(6)置于金属化镍层中的栅区处，光纤(3)的温度补偿光栅(7)置于通孔(9)中的栅区处，承装磁场测量光栅(6)的栅区和承装温度补偿光栅(7)的栅区平行且处于同一截面位置。

2.根据权利要求1所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器，其特征在于，所述金属化镍层由镀镍层(4)和激光焊接于其外部的镍管(5)构成。

3.根据权利要求2所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器，其特征在于，镍管(5)表面为呈锯齿状的凹凸结构，磁场测量光栅(6)的两端经金属化处理后与镍管(5)焊接相连。

4.根据权利要求1所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器，其特征在于，磁场测量光栅(6)和温度补偿光栅(7)为经腐蚀处理的微纳光纤光栅，直径为20～40μm。

5.根据权利要求1所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器，其特征在于，通过在低模量环氧树脂(2)中添加高分子物质以保证弹性模量足够小不束缚磁场测量光栅(6)变形。

6.根据权利要求1所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器，其特征在于，磁致伸缩Terfenol-D颗粒(8)由超磁致伸缩材料Terfenol-D棒材研磨、经过筛处理制成。

7.权利要求1～6中任意一项所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将光纤(3)的磁场测量光栅(6)置于圆柱模具的轴线上并拉紧，在圆柱模具中间插入两个挡板，两个挡板之间是栅区位置；

2)将磁致伸缩Terfenol-D颗粒(8)与高模量环氧树脂(1)搅拌均匀，得到高模量环氧树脂混合物，然后倒入圆柱模具中固化，固化过程中在圆柱模具两端面施加一定磁场，使磁致伸缩Terfenol-D颗粒(8)在高模量环氧树脂(1)中的分布具有一定取向性；

3)当高模量环氧树脂(1)在圆柱模具中即将固化时，抽掉挡板，同时加入低模量环氧树脂(2)，实现高模量环氧树脂(1)和低模量环氧树脂(2)的固化连接，低模量环氧树脂(2)附裹在栅区外，并将其两端的高模量环氧树脂混合物连接在一起；

4)金属化镍层采用化学镀镍法制备，并通过激光焊将镀镍层(4)与镍管(5)焊接，光纤(3)的磁场测量光栅(6)置于金属化镍层的栅区；

5)固化过程中，在圆柱模具中插入圆柱棒，待固化结束后取出圆柱棒形成通孔(9)，将光纤(3)的温度补偿光栅(7)放入通孔(9)中，并保证两个栅区平行且在同一截面位置。

8.含有权利要求1～6中任意一项所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器的分布式测量系统，其特征在于，包括光纤解调仪(10)，光纤解调仪(10)上的若干个端口分别连接一根光纤(3)，在每根光纤(3)上串联有若干个所述的带温度补偿的光栅光纤磁场传感器。