[实用新型]一种磁流体披覆侧抛光纤的磁场传感器

说明书

本实用新型涉及光纤磁场传感器技术领域，具体提供了一种磁流体披覆侧抛光纤的磁场传感器，包括侧边抛磨光纤、披覆在抛磨区周围的磁流体、光源以及用于检测透射光谱的光谱仪，所述抛磨光纤是通过光纤抛磨掉部分包层制作而成；所述抛磨光纤上设有玻璃毛细管以及光学紫外胶，所述磁流体通过玻璃毛细管以及光学紫外胶密封包裹在侧边抛磨光纤周围；在磁场作用下，纳米粒子随磁场方向汇集或分散，使得纳米粒子的折射率受到磁场强度与方向的控制，从而在纳米粒子与抛磨光纤之间的倏逝场相互作用下，透射光谱信号会受到磁场强度与方向的控制，构成磁场传感器。本实用新型在于能灵敏地检测到磁场强度与方向的变化，有助于实现高灵敏度磁场测量。

技术领域

本实用新型涉及光纤磁场传感器技术领域，具体涉及一种磁流体披覆侧抛光纤的磁场传感器及其制备与检测方法。

背景技术

传感技术、通信技术和计算机技术一同构成了现代信息产业的三大支柱，分别在信息系统中扮演着“感官”、“神经”和“大脑”的角色。其中，传感技术作为信息获取的关键部件，是后续信息传输、处理的基础，其重要性不言而喻。

光纤传感器作为现代传感器领域的一个重要分支，具有体积小、重量轻、灵敏度高、动态范围大、功耗低、便于复用、便于远程监测、鲁棒性强、抗腐蚀、抗电磁干扰等独特优点，在易燃易爆、强腐蚀、强电磁场等恶劣环境下具备传统传感器无法比肩的优势。侧边抛磨光纤方法已经成为构造新型全光纤器件和多功能光纤传感器已成为研究开发的有效途径之一。该方法原理如下，足够厚度的光纤包层保证了在纤芯中传播的光场，在光纤包层中倏逝波场的能量不会泄漏到光纤外面。当用抛磨或化学腐蚀的方法使光纤的包层厚度减小到倏逝波场存在的区域，也就是距纤芯仅几个微米的区域时，就形成了一个纤芯中传输光的倏逝波场的“泄漏窗口”。在此“窗口”处，人们就有可能利用倏逝场来激发、控制、探测光纤纤芯中的传输光波的无损传播或泄漏。

而近些年，利用磁流体对磁场敏感以及易于集成的特性，光纤磁场传感器有了新的具备良好发展前景的实现方式，基于磁流体的光纤传感器也成了光纤传感领域一个重要的研究热点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种磁流体披覆侧抛光纤的磁场传感器，能灵敏地检测到磁场强度与方向的变化。

本实用新型采取的技术方案如下：

一种磁流体披覆侧抛光纤的磁场传感器，包括侧边抛磨光纤、披覆在抛磨区周围的磁流体、光源以及用于检测透射光谱的光谱仪，所述抛磨光纤是通过抛磨掉光纤的部分包层制作而成；所述抛磨光纤上设有玻璃毛细管以及光学紫外胶，所述磁流体通过玻璃毛细管以及光学紫外胶密封包裹在侧边抛磨光纤周围。

具体的，本实用新型通过抛磨使得抛磨光纤中的光以倏逝场的方式泄漏出来，抛磨光纤从而能与抛磨区周围介质通过倏逝场发生相互作用，改变抛磨区周围介质的折射率，从而改变抛磨光纤的透射光谱信号。在磁场作用下，当磁场方向与光纤侧抛面平行时，磁流体中的纳米粒子在光纤的侧抛表面汇集高密度纳米群；当磁场方向与光纤侧抛面垂直时，磁流体中的纳米粒子在光纤的侧抛表面汇集成低密度纳米群。这种纳米粒子随磁场方向汇集或分散的行为，使得纳米粒子的折射率受到磁场强度与方向的控制，进而影响到纳米粒子与抛磨光纤之间的倏逝场相互作用，使得抛磨光纤的透射光谱信号受磁场强度与方向的控制，构成磁场传感器。

本实用新型利用磁流体中的纳米粒子在磁场作用下会发生汇聚或分散从而引起折射率发生变化的特性，再利用纳米粒子与抛磨光纤的倏逝场相互作用，通过抛磨光纤的透射光谱反映出披覆在抛磨光纤上的磁流体的折射率变化，从而实现磁场传感。

优选地，抛磨区的抛磨面到纤芯的距离d为0～2um。

当d小于0时，说明纤芯将被部分抛除，此时光在光纤传输时的损耗越大，透射光谱中的光强度也会相应减少(总的数值范围下降)，光强度的变化幅度也相应减少，使得传感器的灵敏度下降。而剩余厚度过大，光纤包层会阻碍光以倏逝波的方式泄漏出来。