一种微型光纤磁场传感器与制备方法

本发明涉及光纤传感，特别是涉及一种微型光纤磁场传感器与制备方法。

背景技术：

1、光纤传感器由于具有高灵敏度、抗电磁干扰、耐高温、抗腐蚀等特性，可以实现许多电磁传感器难以胜任的测量任务而受到广泛的重视，特别是在磁场测量领域，与传统的磁场传感器(例如，搜索线圈磁强计、磁通门磁强计和霍尔效应传感器)相比，外界的磁场、电场不会对无源的光纤及光器件产生作用，因此光纤磁场传感器非常适合进行长期的磁场测量。鉴于其出色的性能和耐用性，光纤磁场传感器在导航、航空航天、受控核聚变、信息存储和生物医学检测等多个科学和工业领域都十分有前景。

2、传统的光纤磁场传感器根据法拉第磁光效应，可以通过检测线偏光的偏振平面旋转来直接测量磁场强度，具有非常快的响应时间，然而，由于光纤中二氧化硅纤芯的维尔德常数极弱，其灵敏度受到严重限制。此外，还有基于磁流体材料的光纤磁场传感器，通过影响光纤的法拉第效应、改变双折射或者调节有效折射率实现磁场测量。然而，基于磁流体的光纤传感器需要在密封和稳定的条件下存储，其耐久性和长期稳定性不足。

3、鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是如何将磁致材料和光纤相匹配共同作为磁场传感器，实现更加灵敏更加稳定的磁场检测。

2、本发明采用如下技术方案：

3、第一方面，提供一种微型光纤磁场传感器，包括：光源1、光谱仪2、第一光纤3、至少两根磁致伸缩柱4和聚合物薄板5，其中：

4、所述光源1和所述光谱仪2均同所述第一光纤3的其中一端相连通，所述第一光纤3的另一端为光纤端面31，所有所述磁致伸缩柱4的其中一端设置于所述光纤端面31上，所述聚合物薄板5设置于所有所述磁致伸缩柱4的另一端上；

5、所述光源1用于向所述第一光纤3发射光信号，所述光纤端面31用于将来自光源1的光信号沿原光路反射回第一光纤3，所述聚合物薄板5用于将从光纤端面31出射的光信号沿原光路反射回第一光纤3，所述磁致伸缩柱4用于跟随外界磁场的变化进行伸缩，使得光纤端面31反射回的光信号和所述聚合物薄板5反射回的光信号之间的相位差产生变化，所述光谱仪2用于接收所有反射回的光信号，并由于光信号相位差的变化产生光谱漂移，根据所述光谱漂移得到外界磁场的变化。

6、优选的，所述磁致伸缩柱4中包括光刻胶41和磁致粉末42；

7、所述磁致粉末42以预设比例混合在所述光刻胶41中。

8、优选的，所述预设比例为：20％-60％。

9、优选的，所述磁致伸缩柱4中的磁致粉末42的磁化方向垂直于所述光纤端面31。

10、优选的，第一光纤3的纤芯32从所述光纤端面31上露出；

11、所有所述磁致伸缩柱4的其中一端分布设置在所述纤芯32的周侧位置。

12、优选的，所述微型光纤磁场传感器还包括环形器6，其中：

13、所述光源1和所述第一光纤3的其中一端通过所述环形器6相接，所述环形器6用于接收来自光源1的光信号，并将光信号传输给所述第一光纤3；

14、所述光谱仪2和所述第一光纤3的其中一端通过所述环形器6相接，所述环形器6还用于接收光纤端面31和聚合物薄板5反射回的光信号，并将反射回的光信号传输给所述光谱仪2。

15、优选的，所述环形器6包括第一接口61、第二接口62和第三接口63，其中：

16、所述光源1和所述第一接口61相接，所述第一光纤3的其中一端和所述第二接口62相接，所述第一接口61用于将接收到的光信号传输给所述第二接口62，所述第二接口62用于将来自第一接口61的光信号输出；

17、所述光谱仪2和所述第三接口63相接，所述第二接口62还用于将光纤端面31和聚合物薄板5反射回的光信号传输给所述第三接口63，所述第三接口63用于将来自第二接口62的光信号输出。

18、第二方面，提供一种微型光纤磁场传感器的制备方法，用于制备所述的微型光纤磁场传感器，包括：

19、将所述第一光纤3竖直朝上夹持固定，保持所述光纤端面31为水平；

20、将光刻胶41和磁致粉末42进行混合得到磁致混合液7，将所述磁致混合液7滴在光纤端面31上；

21、对光纤端面31上预设位置的磁致混合液7中的光刻胶41进行固化，从而在光纤端面31上打印出多个磁致伸缩柱4；

22、洗去光纤端面31上剩余的磁致混合液7；

23、在所有所述磁致伸缩柱4上打印出聚合物薄板5。

24、优选的，所述预设位置位于所述光纤端面31上的纤芯32的周侧位置。

25、优选的，所述对光纤端面31上预设位置的磁致混合液7中的光刻胶41进行固化，从而在光纤端面31上打印出多个磁致伸缩柱4，还包括：

26、在对光纤端面31上预设位置的磁致混合液7中的光刻胶41进行固化时，在所述第一光纤3的径向方向上放置磁极，用于将磁致混合液7中磁致粉末42的磁极方向调整至垂直于光纤端面31。

27、本发明提供一种微型光纤磁场传感器与制备方法，将光源1和光谱仪2均同第一光纤3的其中一端相连通，在第一光纤3另一端的光纤端面31上设置多个磁致伸缩柱4，将聚合物薄板5设置于所有磁致伸缩柱4上；通过光源1向第一光纤3发射光信号，所述光纤端面31将来自光源1的光信号沿原光路反射回第一光纤，所述聚合物薄板5将从光纤端面31出射的光信号沿原光路反射回第一光纤，所述磁致伸缩柱4跟随外界磁场的变化进行形变伸缩，使得光纤端面31反射回的光信号和所述聚合物薄板5反射回的光信号之间的相位差产生变化，通过光谱仪2接收所有反射回的光信号，并由于光信号相位差的变化产生光谱漂移，根据所述光谱漂移得到外界磁场的变化。在本发明实施例中，磁致伸缩柱4对于存储条件要求并不太苛刻，具有耐久性和长期稳定性，实现更加灵敏更加稳定的磁场检测。相对于现有的光纤磁场传感器，本发明提供的微型磁场传感器具有体积小、结构紧凑，提高了磁场传感器的集成度，拓展了磁场传感器的应用场景，应用于导航、信息存储等领域。

技术特征：

1.一种微型光纤磁场传感器，其特征在于，包括：光源(1)、光谱仪(2)、第一光纤(3)、至少两根磁致伸缩柱(4)和聚合物薄板(5)，其中：

2.根据权利要求1所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，所述磁致伸缩柱(4)中包括光刻胶(41)和磁致粉末(42)；

3.根据权利要求2所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，所述预设比例为：20％-60％。

4.根据权利要求2所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，所述磁致伸缩柱(4)中的磁致粉末(42)的磁化方向垂直于所述光纤端面(31)。

5.根据权利要求1所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，第一光纤(3)的纤芯(32)从所述光纤端面(31)上露出；

6.根据权利要求1所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，所述微型光纤磁场传感器还包括环形器(6)，其中：

7.根据权利要求6所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，所述环形器(6)包括第一接口(61)、第二接口(62)和第三接口(63)，其中：

8.一种微型光纤磁场传感器的制备方法，用于制备如权利要求1-7任一所述的微型光纤磁场传感器，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的微型光纤磁场传感器的制备方法，其特征在于，所述预设位置位于所述光纤端面(31)上的纤芯(32)的周侧位置。

10.根据权利要求8所述的微型光纤磁场传感器的制备方法，其特征在于，所述对光纤端面(31)上预设位置的磁致混合液(7)中的光刻胶(41)进行固化，从而在光纤端面(31)上打印出多个磁致伸缩柱(4)，还包括：

技术总结本发明提供一种微型光纤磁场传感器与制备方法，将光源和光谱仪均同第一光纤的其中一端相连通，在第一光纤另一端的光纤端面上设置多个磁致伸缩柱，将聚合物薄板设置于所有磁致伸缩柱上；通过光源向第一光纤发射光信号，所述光纤端面将来自光源的光信号沿原光路反射回第一光纤，所述聚合物薄板将从光纤端面出射的光信号沿原光路反射回第一光纤，所述磁致伸缩柱跟随外界磁场的变化进行形变伸缩，使得光纤端面反射回的光信号和所述聚合物薄板反射回的光信号之间的相位差产生变化，通过光谱仪接收所有反射回的光信号，并由于光信号相位差的变化产生光谱漂移，根据所述光谱漂移计算得到外界磁场的变化；实现更加灵敏更加稳定的磁场检测。技术研发人员：姚雨程,刘靖,赵志勇,唐明受保护的技术使用者：华中科技大学技术研发日：技术公布日：2024/9/2