[发明专利]光纤荧光全光学磁场传感器及系统

说明书

本发明公开了一种光纤荧光全光学磁场传感器及传感系统。其中传感器包括：光纤；以及纳米金刚石NV色心荧光层，安装于所述光纤的一端上。其中纳米金刚石NV色心荧光层通过光学胶附着于所述光纤的一端上；或者光纤包括内部的光纤芯，所述纳米金刚石NV色心通过嵌入光纤芯一端的方式安装于光纤的一端上。本发明的传感器技术本质上仅测量光纤中的光信号，测量响应频率高，核心结构简单。

技术领域

本发明属于光纤荧光传感器领域，进一步涉及一种光纤荧光全光学磁场传感器，还涉及一种光纤荧光全光学磁场传感系统。

背景技术

光纤传感器被广泛的用于位移、震动、转动、压力、弯曲、应变、速度、加速度、电流、磁场、电压、湿度、温度、声场、流量、浓度、PH 值和应变等物理量的测量，而在当前信息化时代广泛应用的主要原因里比较重要的有三个。一个是因为光纤具有很多优异的材料性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能。另一个是光纤中传输的光的强度、相位、频率或偏振态等可直接或间接被测量性质调制。还有一个就是在光信息系统中表现的大宽带、大容量、远距离传输和能实现多参数、分布式、低能耗传感的显著优点等。

然而光纤传感技术中的现有光纤磁场传感技术，目前往往需向光纤内部或周围加入磁致形变材料、磁性纳米颗粒材料，利用磁场到形变的转换再用光读取形变信息，或磁场驱动颗粒再分布进而造成光纤芯周围或内部光折射率的变化。但上述添加的这些材料往往在特殊应用环境中(比如：高压变电站等有高强感应电磁场的环境下)带来潜在的安全隐患或污染物 (感应电流产热、磁性颗粒扩散污染)，而且大多核心器件结构复杂，也易受温度等环境干扰。

光纤荧光寿命测量温度技术常在特殊环境中应用，有着测量精确，稳定性好，灵敏度高的优点，比荧光光强等方法的设备更具优势，所以荧光寿命法是目前光纤荧光传感领域的主流应用和发展方向。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种光纤荧光全光学磁场传感器及系统，以至少部分解决以上所述的技术问题。

根据本发明的一方面，提供一种光纤荧光全光学磁场传感器，包括：光纤；以及纳米金刚石NV色心荧光层，安装于所述光纤的一端上。

在进一步的实施方案中，所述纳米金刚石NV色心荧光层通过光学胶附着于所述光纤的一端上。

在进一步的实施方案中，所述光纤包括内部的光纤芯，所述纳米金刚石NV色心通过嵌入光纤芯一端的方式安装于光纤的一端上。

在进一步的实施方案中，所述纳米金刚石荧光层中，NV色心的含量在1×10¹⁶个每立方厘米以上。

在进一步的实施方案中，还包括保护套，所述保护套套设在光纤一端上，以包覆所述纳米金刚石NV色心荧光层。

在进一步的实施方案中，所述保护套为四氟乙烯保护套。

在进一步的实施方案中，还包括旁路光纤荧光温度测量模块，用于全光学的荧光寿命法测量外界温度。

根据本发明的另一方面，提供一种光纤全光学磁场传感系统，包括：以上任意一种传感器；光强和荧光寿命复合测量单元，连接于所述光纤的另一端，用于测量光纤上的光强信号和相位信号。

在进一步的实施方案中，所述复合测量单元为可编程双锁相放大器与时间数字转换器组成的光强和荧光寿命复合测量单元。

在进一步的实施方案中，所述光强和荧光寿命复合测量单元还包括光电测量器件以及时间数字转换芯片。

采用本发明使用的技术方案，完全能够满足光纤全光学测量磁场的应用要求，具体表现在：