[发明专利]包层刻矩形槽填充液体布拉格光纤光栅磁场探头

说明书

本发明是属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及包层刻矩形槽填充液体布拉格光纤光栅磁场探头，其包括宽带光源、连接光纤、光纤环形器、传感探头、匹配液、1×2光纤耦合器1、滤波器LPG1、波分复用器、1×2光纤耦合器2、滤波器LPG2、光电探测器和信号处理器；所述的传感探头的左端光纤包层是利用真空溅射镀膜技术在光纤包层表面镀银金属膜，形成传感FBG1；所述的传感探头的右端光纤包层利用飞秒激光微加工技术加工出矩形槽，并填充磁流体，形成传感FBG2。本发明的优点是结构、制作工艺和工作原理简单，磁流体随磁场强度变化而改变自身折射率，使布拉格光纤光栅谐振波长发生变化，通过解调谐振波长的变化情况，实现对磁场强度的测量。

技术领域

本发明属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及了包层刻矩形槽填充液体布拉格光纤光栅磁场探头。

背景技术

光纤光栅是一种经典的光纤无源器件，其实质是将光纤纤芯折射率进行周期性调制，从而形成一种透射或者反射的窄带滤波器。根据折射率调制的周期大小来分，把光栅周期小于1μm的光纤光栅，称为短周期光纤光栅(FBG)；把光栅周期为几十或者几百微米以上的光纤光栅，称为长周期光纤光栅(LPFG)。随着对光纤光栅认识的不断提高，光纤光栅不仅具有造价低、抗电磁干扰能力强、稳定性好和体积小等优点，还可以根据相关的物理基础来设计成测量不同物理量的传感器，比如磁场、温度、液面和应变等。

传统的磁场传感器，比如霍尔传感器、磁通门传感器和感应线圈传感器等，大部分都具有体积大、结构复杂和容易受到复杂的环境影响等的缺点，在特殊的领域中难以应用。而光纤光栅磁场传感器不仅具有上述光纤光栅的优点，可以在复杂环境应用，而且可以根据不同的传感机理设计不同的磁场传感器满足需求。比如，可以把布拉格光纤光栅与磁流体相结合，在光纤包层刻槽并填充磁流体，利用磁流体的折射率在外加磁场下发生改变，磁场方向垂直于传输光的方向时，折射率随外加磁场的增加而减小，从而引起输出光的波长变化，通过边沿滤波解调技术解调信号，实现对磁场强度的测量。

本发明使用短周期布拉格光纤光栅，再利用飞秒激光微加工技术去除部分光纤包层，在未去除光纤包层区域的表面镀银金属膜，再用石英玻璃毛细管进行封装，使用注射器向包层中填充磁流体，制成传感探头，最后通过边沿滤波解调技术，解调出输出光波强度与波长大小变化情况，实现对磁场强度的测量。

发明内容

本发明旨在实现对磁场强度的测量，设计了包层刻矩形槽填充液体布拉格光纤光栅磁场探头。

包层刻矩形槽填充液体布拉格光纤光栅磁场探头，它的结构包括宽带光源(1)、连接光纤(2)、光纤环形器(3)、传感探头(4)、匹配液(5)、1×2光纤耦合器1(6)、滤波器LPG1(7)、波分复用器(8)、1×2光纤耦合器2(9)、滤波器LPG2(10)、光电探测器(11)和信号处理器(12)，其特征在于：宽带光源(1)发出的光，经过连接光纤(2)，从端口1进入光纤环形器(3)，再从光纤环形器端口2进入传感探头(4)，一部分光波从端口2反射回光纤环形器(3)，另一部分光波进入匹配液(5)中被吸收，反射回的光波从端口3进入波分复用器(8)，随后分为两束光分别通过1×2光纤耦合器1(6)和1×2光纤耦合器2(9)，再分别经过滤波器LPG1(7)和滤波器LPG2(10)，光信号被光电探测器(11)探测到，最后由信号处理器(12)进行信号分析；所述的传感探头(4)结构包括光纤纤芯(4-1)、光纤包层(4-2)、填充液体的包层区(4-3)、石英玻璃毛细管(4-4)、填充液体通道(4-5)、传感FBG1(4-6)、银金属膜(4-7)和传感FBG2(4-8)。光纤纤芯(4-1)的直径为8μm，纤芯刻写有布拉格光栅，光纤包层(4-2)的直径为125μm，填充液体的包层区(4-3)深度为40μm，长度为5mm，宽度为60μm，所述的石英玻璃毛细管(4-4)是用来封装传感探头(4)，内径为135μm，外径为1000μm，所述的填充液体通道(4-5)是通过飞秒激光加工技术加工形成的，所述的银金属膜(4-7)是通过真空溅射法镀制，厚度为200nm。