[发明专利]一种并行双M-Z光纤磁传感装置及其制作方法

说明书

本发明公开了一种并行双M‑Z光纤磁传感装置及其制作方法，包括将第一光纤耦合器一侧端口通过单模光纤与宽带光源连接，另一侧两端口通过单模光纤分别与M‑Z磁传感探头和参考M‑Z磁传感探头一端相连，第二光纤耦合器一侧端口通过单模光纤与光谱分析仪相接，另一侧两端口通过单模光纤分别与M‑Z磁传感探头和参考M‑Z磁传感探头另一端相连；M‑Z磁传感探头设有干涉结构的光纤，干涉结构的光纤外部套设有封闭的石英微管，石英微管内部和干涉结构光纤外部之间的封闭空间中填充有磁流体，在石英微管内形成一个M‑Z干涉仪。本发明向M‑Z光纤结构中注入磁流体以实现测量外界磁场的变化并利用并行双M‑Z干涉产生的游标效应，提升测量灵敏度和精准度；制作工艺简单易实现。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，尤其涉及一种并行双M-Z光纤磁传感装置及其制作方法。

背景技术

近年来，磁场检测在军事、航空航天、化学微检测、工业和电力传输等诸多领域应用愈加广泛。在电磁科学研究中，磁场测量可以作为检验电磁理论计算是否准确的有效手段，为许多难以计算的磁场环境提供测量数值；在电力工业，磁场测量可用于电力系统状态检测、电气设备内外磁场分布测量等；在电磁兼容领域研究中，磁场测量可用于检测电气、电子设备的对外电磁辐射与干扰，以及研究环境磁场对电子仪器运行的影响；在微波技术中，需要对微波发射与接收设备周围磁场进行测量。

磁流体作为一种新型功能介质，具有法拉第效应、磁致折变效应等多种独特磁光特性，因此，许多基于磁流体的光学器件被相继研发，如可调谐慢光器件、可调谐电容器、光开关等。同时，磁流体因液体流动性极易与光学光纤结合。随着传感技术的飞速发展，光纤传感器以其体积小、重量轻、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优异的特性倍受青睐，可用于高温高压、强电磁场、强腐蚀等恶劣环境中的探测。在磁场探测方面，传统的磁场传感器具有体积大、结构复杂、动态范围小等缺点。在诸多光纤传感器中，光纤干涉传感器根据干涉原理可以分为Mach–Zehnder(M-Z)光纤传感器、Fabry-Perot(F-P)光纤传感器、Michelson光纤传感器、Sagnac光纤传感器等。M-Z光纤传感器具有结构简单紧凑、稳定性好和应用方便等诸多优点，因此M-Z光纤传感器被广泛研究，发展非常迅速，不同结构的M-Z光纤传感结构如光纤偏置、特殊结构光纤串接且在连接处烧制小球、光纤拉锥、光纤弯曲等。这些结构获得了较高的物理量测量灵敏度，但也存在一些问题，譬如，光纤中的微结构需用激光精密加工技术与化学腐蚀微处理技术，制备过程复杂；有些结构需要用到特种光纤，造价高等。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种成本低廉、重复性好、轻便易携的并行双M-Z光纤磁传感装置及其制作方法，实现对磁场的高灵敏度测量。

技术方案：本发明提供一种并行双M-Z光纤磁传感装置，包括宽带光源、光纤耦合器、M-Z磁传感探头、参考M-Z磁传感探头和光谱分析仪；第一光纤耦合器一侧端口通过单模光纤与宽带光源连接，第一光纤耦合器另一侧两端口通过单模光纤分别与M-Z磁传感探头和参考M-Z磁传感探头一端相连，第二光纤耦合器一侧端口通过单模光纤与光谱分析仪相接，第二光纤耦合器另一侧两端口通过单模光纤分别与M-Z磁传感探头和参考M-Z磁传感探头另一端相连；M-Z磁传感探头设有干涉结构的光纤，干涉结构的光纤外部套设有封闭的石英微管，石英微管内部和干涉结构光纤外部之间的封闭空间中填充有磁流体，在石英微管内形成一个M-Z干涉仪。

进一步地，M-Z磁传感探头采用偏置M-Z干涉结构，偏置M-Z干涉结构内设有偏置结构的单模光纤，偏置结构两边的单模光纤中心对齐。

进一步地，M-Z磁传感探头采用拉锥M-Z干涉结构，拉锥M-Z干涉结构内设有拉锥结构的单模光纤。

进一步地，M-Z磁传感探头采用双球M-Z干涉结构，双球M-Z干涉结构内设有光子晶体光纤，光子晶体光纤的两端分别与单模光纤端面的光纤泡熔接。

进一步地，M-Z磁传感探头和参考M-Z磁传感探头长度为1至1.5cm。