[发明专利]一种具有温度补偿的光纤光栅磁场传感装置

说明书

本发明属于磁场测量的传感器技术领域，具体是一种具有温度补偿的光纤光栅磁场传感装置。解决了光纤光栅磁场传感器中存在的温度与磁场交叉敏感问题，包括伸缩方向互相垂直的第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料安装在外壳内部，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料轴向之间设置具有弹性的水平预应力结构，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料的外端设置有可以调节轴向预应力的预应力微调结构，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料与外壳之间设置有可以调节位置的垂直微夹紧结构；第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料上分别设置光纤磁场测量光栅和光纤温度补偿光栅。

技术领域

本发明属于磁场测量的传感器技术领域，具体是一种具有温度补偿的光纤光栅磁场传感装置。

背景技术

近年来，磁场传感器已广泛应用于机械工业、军事工程、地球物理、生物医学等领域。传统的磁场传感器，如磁通门磁强计、霍尔效应磁强计、感应线圈磁强计等虽然可以达到较高的测量精度，但却普遍存在系统复杂且昂贵、抗电磁干扰能力较弱、复用性较差等特点。

自1966年以来，光纤的性能获得了极大的提高，使得光纤传感技术迅速发展，以光纤传感技术为基础的光纤传感器具有低成本、制作简单、抗电磁干扰能力强等特点，因此受到很多研究者的青睐。光纤磁场传感器作为光纤传感器的重要分支，随着材料科学的发展，提出了多种磁敏感功能性材料，主要分为磁致伸缩材料、磁光材料和磁性纳米流体材料三种。其中，磁致伸缩材料是目前研究、开发较快和应用较广的功能材料，在磁场作用下，磁致伸缩材料自身的形状尺寸以及材料体积都会发生改变。通过材料伸缩变形与磁场相互作用，实现电磁能与机械能或声能的互相转化，目前具有最佳磁致伸缩特性和实用价值的磁致伸缩材料为TbDyFe合金，又叫Terfenol-D。然而与基于磁致伸缩材料结合的光纤磁场传感器，在温度变化时会影响磁场测量，因此必须消除温度对磁场测量的影响。

发明内容

本发明为了解决光纤光栅磁场传感器中存在的温度与磁场交叉敏感问题，提供一种具有温度补偿的光纤光栅磁场传感装置。

本发明采取以下技术方案：一种具有温度补偿的光纤光栅磁场传感装置，包括伸缩方向互相垂直的第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料安装在外壳内部，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料同轴设置，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料轴向之间设置具有弹性的水平预应力结构，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料的外端设置有可以调节轴向预应力的预应力微调结构，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料与外壳之间设置有可以调节位置的垂直微夹紧结构；第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料上分别设置光纤磁场测量光栅和光纤温度补偿光栅，光纤磁场测量光栅和光纤温度补偿光栅靠近的一端通过光纤连接，另一端分别通过光纤连接外壳外部。

进一步的，水平预应力结构包括与第一超磁致伸缩材料接触的第一预应力挡板以及与第二超磁致伸缩材料接触的第二预应力挡板，第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料可以在外壳内部设置的空间内左右滑动，第一预应力挡板和第二预应力挡板之间设置预应力弹簧。

进一步的，第一预应力挡板左侧为用于给第一超磁致伸缩材料施加预应力的凸起方块，右侧为将预应力弹簧部分置于其内部的圆柱形弹簧套筒；所述的第二预应力挡板左侧为套有弹簧垫圈和预应力弹簧的圆柱形弹簧推轴，右侧为给第二超磁致伸缩材料施加预应力的凸起方块。

进一步的，垂直微夹紧结构包括对称设置在第一超磁致伸缩材料和第二超磁致伸缩材料前后两侧的固定挡板，固定挡板安装于矩形挡板安置槽内，矩形挡板安置槽为外壳内壁前后对称设置的结构，矩形挡板安置槽内还设置有两个矩形螺丝槽，两个螺丝槽处于挡板安置槽内且固定在外壳的内壁上，螺丝槽内设有调平螺丝，螺丝槽靠近固定挡板一侧的槽边较厚且有内螺纹孔，固定挡板一侧也有圆柱形开孔，内螺纹孔和圆柱形开孔内穿设调平螺丝，外壳前后壁对应螺丝槽处开有螺丝孔，外壳上的螺丝孔、螺丝槽的内螺纹孔和固定挡板的圆柱形开孔在同一轴线上，用于调节调平螺丝。