[发明专利]一种监测磁场和温度的双参量光纤传感装置及实现方法

权利要求书

1.一种监测磁场和温度的双参量光纤传感装置，其特征在于：它包括ASE光源（1）、光纤耦合器（2）、传感单元（3）、待测磁场模块（4）、磁化器（5）、光电转换器（6）、信号处理模块（7）；

所述传感单元（3）包括单模光纤（3-1）、玻璃插芯（3-2）、磁致伸缩圆环（3-3）、硅膜片（3-4），其中：

单模光纤（3-1）和硅膜片（3-4）内表面形成空气法珀腔，并且此空气法珀腔的腔长约为26μm，硅膜片（3-4）自身构成硅法珀腔，硅法珀腔的腔长为硅膜片（3-4）的厚度40μm；

磁致伸缩圆环（3-3）使用TbDyFe合金棒材切割而成，TbDyFe合金棒材的制备过程是经过频感熔炼得到TbDyFe合金溶液，之后经过铸造得到TbDyFe棒状合金，铸造后的合金被制成粉末状，在磁场下取向后压制成型，最后高温烧结而成；

传感单元（3）中单模光纤（3-1）插入玻璃插芯（3-2）中，玻璃插芯（3-2）、磁致伸缩圆环（3-3）、硅膜片（3-4）依次叠放并粘结并封装后构成传感单元（3）；

传感单元（3）的具体制备过程包括部件的尺寸选择、部件的分割、部件的放置位置、部件的封装；

其中：部件的尺寸选择包括选择硅膜片（3-4）的厚度为40μm、直径为4mm的圆形膜片，磁致伸缩圆环（3-3）外径3mm、内径2mm、厚度为40μm；

部件的分割包括对磁致伸缩圆环（3-3）的切割和硅膜片（3-4）的切割，首先在磁致伸缩圆环（3-3）的棒材中切割外径为3mm、内径为2mm、厚度为40μm的圆环，在厚度为40μm的两面抛光的硅膜片上切割出直径为5mm的硅膜片（3-4）；

部件的放置位置包括将硅膜片（3-4）和磁致伸缩圆环（3-3）按顺序叠放在高温加热台上，将外径为3mm的玻璃插芯（3-2）放置在磁致伸缩圆环（3-3）上面，将玻璃插芯（3-2）与硅膜片（3-4）和磁致伸缩圆环（3-3）的中心对齐；

部件的封装包括使用粘结剂将玻璃插芯（3-2）、磁致伸缩圆环（3-3）、硅膜片（3-4）密封，之后将切割平整的单模光纤（3-1）插入玻璃插芯（3-2）的合适位置，使用紫外胶进行预固定，之后再用环氧树脂进行完全的固定，静置48小时；

传感单元（3）中磁致伸缩圆环（3-3）使用的材料为TbDyFe材料，TbDyFe材料的制备方法为将纯度为99.9%的Tb、99.8%的Dy以及99.8%的Fe按照化学式Tb_0.27Dy_0.73Fe_1.90的计量进行配比，在氩气的保护下，经过频感熔炼得到合金Tb_0.27Dy_0.73Fe_1.90溶液，之后经过铸造得到Tb_0.27Dy_0.73Fe_1.90棒状合金，再将铸造后的合金在惰性氛围中进行破碎、球磨制成粉末状，并且将粉末状合金在磁场取向后压制成型，最后在1200℃到1300℃的温度下烧制成磁致伸缩材料。

2.根据权利要求1所述的一种监测磁场和温度的双参量光纤传感装置的实现方法，其特征在于：

ASE光源（1）发出光束传输至光纤耦合器（2），光纤耦合器（2）输出光束传输至传感单元（3），光束在传感单元（3）中进行反射和透射，当传感单元（3）放置在待测磁场模块（4）中时，传感单元（3）在待测磁场模块（4）中的磁致伸缩圆环（3-3）发生伸缩，空气法珀腔发生变化，影响反射光的光程，进而产生光的干涉，而且待测磁场模块（4）中电路产生焦耳热，传感单元（3）中的硅膜片（3-4）由于温度的变化产生膨胀，硅法珀腔发生变化，影响硅法珀腔的反射光程，产生光的干涉，干涉光通过单模光纤（3-1）返回至光纤耦合器（2）并通过光纤耦合器（2）传输至光电转换器（6）中，光电转换器（6）产生模拟信号并传输至信号处理模块（7）中进行数据处理。

3.根据权利要求2所述的一种监测磁场和温度的双参量光纤传感装置的实现方法，其特征在于：

所述ASE光源（1）为宽带光源，中心波长为1550nm用于产生光信号。