[发明专利]一种基于磁性水凝胶的光纤磁传感器

说明书

本发明公开了一种基于磁性水凝胶的光纤磁传感器，包括：第一传输段、与第一传输段一体式连通的第一锥形光纤过渡段、与第一锥形光纤过渡段一体式连通的锥形光纤腰区、与锥形光纤腰区一体式连通的第二锥形光纤过渡段及与第二锥形光纤过渡段一体式连通的第二传输段，第一传输段的一端连接有宽带光源，第二传输段连接有光谱仪；锥形光纤腰区的外围包覆有毛细管，且该毛细管将第一锥形光纤过渡段与第二锥形光纤过渡段均包覆在内；毛细管内填充有磁性水凝胶。根据本发明，拥有与磁流体一样的磁纳米粒子的超顺磁性且对外界磁场响应良好，提高灵敏度。

技术领域

本发明涉及光纤磁传感器的技术领域，特别涉及一种基于磁性水凝胶的光纤磁传感器。

背景技术

磁场是存在于自然界中，无法避免，客观存在的一种物理量，对各类生产生活的机器会产生各种影响，甚至会影响器械的正常运作，因此磁场测量技术在诸多领域都及其重要。光纤磁场传感器由于其具有质量小、体积小、磁场响应快、灵敏度高、功耗低、耐腐蚀性强、可远程检测、复用性强、抗电磁干扰能力强等优点受到很多专家学者的青睐。光纤磁场传感是通过检测光纤中传输光的波长、强度、相位、幅度、损耗等参量的变化，实现对外界环境中磁场的检测。光纤磁场传感器主要通过将磁致伸缩材料和磁光材料与光纤集成制备获得。磁流体在外磁场作用下，内部的固体颗粒会发生聚集并沿着外磁场方向作用定向排列，从而引起磁流体的折射率发生变化。该类基于磁流体的光纤磁场传感器具有灵敏高、质量轻等优点，但其磁场测量范围受到磁流体的饱和磁化强度影响，高磁场感测范围有限。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种基于磁性水凝胶的光纤磁传感器，拥有与磁流体一样的磁纳米粒子的超顺磁性且对外界磁场响应良好，提高灵敏度。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种基于磁性水凝胶的光纤磁传感器，包括：

第一传输段、与第一传输段一体式连通的第一锥形光纤过渡段、与第一锥形光纤过渡段一体式连通的锥形光纤腰区、与锥形光纤腰区一体式连通的第二锥形光纤过渡段及与第二锥形光纤过渡段一体式连通的第二传输段，第一传输段的一端连接有宽带光源，第二传输段连接有光谱仪；

锥形光纤腰区的外围包覆有毛细管，且该毛细管将第一锥形光纤过渡段与第二锥形光纤过渡段均包覆在内；

毛细管内填充有磁性水凝胶。

优选的，该光纤通过单模光纤拉制而成，第一锥形光纤过渡段与第二锥形光纤过渡段的长度均为3毫米。

优选的，锥形光纤腰区的长度为6毫米，直径为11.8微米。

优选的，磁性水凝胶通过聚乙烯醇水凝胶材料与四氧化三铁磁纳米粒子，油酸钠作为分散剂混合制备而成。

优选的，毛细管的直径为3mm，且该毛细管的两端通过UV胶固化封装，磁性水凝胶注入包裹在位于锥形光纤锥形结构区的毛细管中。

一种基于磁性水凝胶的光纤磁传感器制备方法，包括以下步骤：

S1、将单模光纤表面清洁，且多模光纤去除涂覆层；

S2、将单模光纤进行拉锥处理；

S3、制备PVA水凝胶前具体溶液与呈淡黄色澄清油酸钠溶液；

S4、将Fe₃O₄粒子，置于油酸钠溶液中，用磁铁吸附Fe₃O₄粒子于烧杯底部，倾倒上层废液，除去表面剩余的油酸钠杂质；

S5、将处理过的Fe₃O₄粒子与PVA水凝胶前具体溶液混合，得到PVA/Fe₃O₄磁性水凝胶溶液；