本實用新型涉及光纖磁場傳感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器。

背景技術(shù)：

磁場傳感發(fā)展至今，已出現(xiàn)許多磁場傳感方法?，F(xiàn)有的磁場傳感方法主要有：磁力法、電磁感應(yīng)法、電磁效應(yīng)法、磁共振法、磁光效應(yīng)法等。但這些磁場傳感方法由于測量精度低、設(shè)備制作成本高、電磁干擾等問題而受到很多限制。很難大規(guī)模推廣應(yīng)用。

隨著光纖傳感技術(shù)的日益成熟，使用光纖及光纖相關(guān)器件來進(jìn)行磁場傳感的方法也得到了越來越多的研究和發(fā)展。光纖磁場傳感器以光波作為載波，磁性敏感材料作為磁場感應(yīng)物質(zhì)，通過外加磁場對光信號進(jìn)行調(diào)制。光纖磁場傳感器具有靈敏度高、絕緣性好、相應(yīng)速度快、成本相對低廉等優(yōu)點。

磁流體作為一種磁性敏感物質(zhì)具有獨(dú)特的光學(xué)特性，其在光電信息與傳感領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。磁流體在磁場改變時，其光學(xué)特性會發(fā)生改變，并且具有極高的靈敏度。因此，有必要將光纖傳感器與磁流體結(jié)合，設(shè)計出靈敏度更高、結(jié)構(gòu)更加簡單、成本更低的光纖磁場傳感器。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的實施實例提供了基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器，是為了解決現(xiàn)有磁場傳感器靈敏度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本過高、操作難度大的問題。

為達(dá)上述目的，本實用新型實施實例采用如下技術(shù)方案：

提供了一種基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器，該磁場傳感器它包括ASE光源（1）、磁場傳感頭（2）、光信號處理器（3）；

磁場傳感頭（2），所述的磁場傳感頭（2）內(nèi)包含有一號光纖耦合器（2-1）、磁性敏感材料（2-2）、二號光纖耦合器（2-3），磁場傳感頭（2）一端連接ASE光源（1）另一端連接光信號處理器（3）。

所述的ASE光源（1）的輸出中心波長為1550nm，頻帶寬度為40nm。

所述的磁場傳感頭（2）外部帶有尼龍殼。

所述的磁場傳感頭（2）中一號光纖耦合器（2-1）與二號光纖耦合器（2-3）中間部位為由氫氟酸腐蝕形成的微納光纖，其腐蝕深度為80μm，微納光纖外部包覆有磁性敏感材料（2-2）。

所述的一號光纖耦合器（2-1）與二號光纖耦合器（2-3）由通過對單模光纖熔接時增加放電強(qiáng)度及放電時間使光纖發(fā)生形變而形成，其為兩個級聯(lián)小球的形狀。

所述的磁性敏感材料（2-2）為磁性流體，其基質(zhì)為Fe₃O₄納米顆粒，基液為煤油，表面活性劑為油酸。

所述的ASE光源（1）、磁場傳感頭（2）、光信號處理器（3）彼此之間通過單模光纖連接，且單模光纖與各器件之間通過光纖熔融連接的方式連接。

所述的光信號處理器（3）為光譜儀。

本實用新型專利提供了一種基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器，該光纖磁場傳感器改善了現(xiàn)有磁場傳感器靈敏度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、技術(shù)難度大的問題。

本實用新型的有益效果是：本實用新型針對當(dāng)前磁場傳感器靈敏度低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高、技術(shù)難度大的問題，提出改進(jìn)方案。通過控制光纖熔接機(jī)的放電時間和放電強(qiáng)度，將兩根普通單模光纖進(jìn)行熔接，在兩光纖熔接處形成兩個級聯(lián)的光纖球，形似花生結(jié)構(gòu)，用以激發(fā)纖芯中光的傳播模式，可使光纖纖芯中傳播的光進(jìn)入包層。在距該光纖球不遠(yuǎn)處同樣采用這種方法進(jìn)行光纖熔接。這兩組光纖球可起到光纖耦合器的作用。這種結(jié)構(gòu)制作成本低，集成度高，同時相比傳統(tǒng)馬赫-曾德干涉結(jié)構(gòu)具有更高的靈敏度。兩組光纖球中間部分利用氫氟酸對光纖包層進(jìn)行腐蝕形成微納光纖，并在腐蝕處包覆磁流體。磁場的改變可使磁流體的折射率發(fā)生變化，這樣包層中的光在經(jīng)過磁流體時光程亦會發(fā)生變化。這樣當(dāng)纖芯與包層所傳輸?shù)墓庠诘诙€光纖球處相遇時發(fā)生干涉。通過對變化的干涉光譜的測量可間接得到磁場變化的情況。所采用的磁流體其基質(zhì)是Fe₃O₄納米顆粒，基液是煤油，表面活性劑是油酸。并將磁流體通過物理方法包覆到微納光纖處，形成磁流體填充的微納光纖傳感頭。將該傳感頭與ASE光源和光信號處理器結(jié)合，形成一種靈敏度高、結(jié)構(gòu)簡單、生產(chǎn)成本相對低廉、操作難度較低的直通式光纖磁場傳感器。當(dāng)傳感頭置于磁場中時，磁流體的有效折射率發(fā)生變化，經(jīng)過此處的光其光程發(fā)生改變，與纖芯中的光耦合時發(fā)生干涉。磁流體對磁場極高的靈敏度及兩個級聯(lián)光纖球的耦合器結(jié)構(gòu)保證了傳感精度。同時，直通式結(jié)構(gòu)相對簡單，成本更低。

附圖說明

圖1為基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器結(jié)構(gòu)；

圖2為傳感頭的局部放大結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

下面結(jié)合說明書附圖進(jìn)一步說明本實用新型的具體實施方式。

如圖1，本實施方式所述的基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器，它包括ASE光源（1）、磁場傳感頭（2）、光信號處理器（3）；

磁場傳感頭（2），所述的磁場傳感頭（2）內(nèi)包含有一號光纖耦合器（2-1）、磁性敏感材料（2-2）、二號光纖耦合器（2-3），磁場傳感頭（2）一端連接ASE光源（1）另一端連接光信號處理器（3）。

所述的ASE光源（1）的輸出中心波長為1550nm，頻帶寬度為40nm。

所述的磁場傳感頭（2）外部帶有尼龍殼。

所述的磁場傳感頭（2）中一號光纖耦合器（2-1）與二號光纖耦合器（2-3）中間部位為由氫氟酸腐蝕形成的微納光纖，其腐蝕深度為80μm，微納光纖外部包覆有磁性敏感材料（2-2）。

所述的一號光纖耦合器（2-1）與二號光纖耦合器（2-3）由通過對單模光纖熔接時增加放電強(qiáng)度及放電時間使光纖發(fā)生形變而形成，其為兩個級聯(lián)小球的形狀。

所述的磁性敏感材料（2-2）為磁性流體，其基質(zhì)為Fe₃O₄納米顆粒，基液為煤油，表面活性劑為油酸。

所述的ASE光源（1）、磁場傳感頭（2）、光信號處理器（3）彼此之間通過單模光纖連接，且單模光纖與各器件之間通過光纖熔融連接的方式連接。

所述的光信號處理器（3）為光譜儀。

所述的所有器件的鏈接處均采用熔融連接的方法。

在使用時，先按照附圖說明將光路搭建完成，將傳感頭垂直于磁場方向放置。待光源輸出信號穩(wěn)定后即可進(jìn)行測量。

工作原理：

基于馬赫-曾德干涉的微納光纖磁場傳感器結(jié)構(gòu)：

工作過程：先將光路按光路圖連接好，打開光源，將傳感頭垂直置于磁場中，待光源輸出光信號穩(wěn)定后開始測量。光由光源發(fā)出后進(jìn)入磁場傳感頭，在一號光纖耦合器的作用下，一部分光進(jìn)入包層，另一部分光留在纖芯，包層中的光經(jīng)過磁流體時由于磁場對磁流體的作用其磁流體的折射率改變，致使該不分的光其光程改變。纖芯與包層中的光在二號光纖耦合器處相遇發(fā)生干涉。通過測量干涉光譜的改變間接對磁場強(qiáng)度進(jìn)行測量。