基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统的制作方法

本发明涉及的是一种基于磁流体的电流测量实现高精度传感系统，具体涉及的是由磁性流体材料和光学谐振腔构建的电流传感系统，属于光学领域。

背景技术：

微纤维因其独特的光学特性引起人们的广泛关注，许多研究工作旨在开发基于微光纤的光学谐振腔及许多潜在应用，包括可调谐光纤激光器及光纤传感器等光学领域。本文提出了一种基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，在现有电流传感的基础上通过综合利用温度变化及外加磁性流体两种方式同时提高电流传感灵敏度，可广泛应用于国防、航空航天、汽车电子、医疗、能源、消费电子、工业控制等领域。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，可用于要求高灵敏度测量和低频电流探测能力的电流信号探测领域。

一种基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，包括宽带光源、光纤谐振腔、磁流体、低折射率紫外固化胶、光谱仪；

所述宽带光源输出的光信号通过光纤送入光纤谐振腔的输入端口，光纤谐振腔腔内光场多次传输后经光纤传送至光谱仪，所述的低折射率紫外固化胶将磁流体固定在光纤谐振腔的外侧面；所述的光纤谐振腔外侧设有通有直流电的铜导线，所述的光纤谐振腔采用微纤维打结而成；通有直流电的铜导线令外界磁场的变化，将导致磁流体折射率发生变化，进而导致光纤谐振腔的有效折射率，即光程发生变化，流过铜线的电流信号会引起温度变化，进而改变光纤谐振腔中的光信号的共振频率，从而影响光纤谐振腔的折射率和光程长度发生变化，因而光谱仪上测量的腔的透射谱中将包含电流信息，通过数据处理以解调电流的强度信息；所述的谐振腔与磁流体及光纤谐振腔的位置是固定的；所述的低折射率紫外固化胶的折射率值要保证光场在谐振腔内无损耗传输。

作为优选，所述的磁流体为含有fe3o4的胶体溶液，或选用其它在磁场作用下能够改变其折射率的磁性材料。

作为优选，所述的提高电流传感灵敏度的方法是通过流过铜线中的电流释放的热量引起腔内波长位移变化，以及外加磁流体增加该传感精度。

作为优选，通过调节流经铜线的电流大小控制热量对谐振腔参数的影响。

作为优选，所述的谐振腔采用火焰电刷技术制备的硅纤维打结而成。

作为优选，光纤谐振腔内嵌于磁流体，或将谐振腔粘贴在磁流体上。

作为优选，所述的谐振腔材料为硅微纤维材料，形状为环形腔或微球腔；谐振腔要能够支持光波传输，且在腔外表面存在倏逝波。

作为优选，所述的磁流体的形状为圆筒、平板或头盔状。

作为优选，微纤维耦合长度至少为3毫米，以获得足够的范德华力将两根微纤维连接在一起。

作为优选，所述的光纤要保证所选波段内光信号的低损耗传输和易探测。

作为优选，所述光纤谐振腔替换为双环谐振腔、内嵌微腔。

本发明中的电流传感系统综合利用温度和磁流体探测电流信号，且具备较高的传感灵敏度。同时，该系统主要由光纤构建，体积小，易集成，可进行电流信息的远程探测。

附图说明

图1为发明的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统结构示意图；

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步阐明本发明的实质性特点和显著进步，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施方式：

如图1所示，本实施方式所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统包括宽带光源1、光纤谐振腔2、磁流体3、低折射率紫外固化胶4、光谱仪5。其中，宽带光源1输出的光信号通过光纤送入光纤谐振腔2的输入端口，腔内光场多次传输后经光纤传送至光谱仪5，磁流体3使用低折射率紫外固化胶4固定在谐振腔外侧一周，外界磁场的变化将导致磁流体3折射率发生变化，进而导致谐振腔2的有效折射率，即光程发生变化，流过铜线的电流信号会引起温度变化，进而改变光纤谐振腔2中的光信号的共振频率，从而影响光纤谐振腔的折射率和光程长度发生变化，因而光谱仪5上测量的腔的透射谱中将包含电流信息，通过数据处理可以解调电流的强度信息。其中谐振腔2可以替换为双环谐振腔、内嵌微腔或其它形状的微腔，只要保证尺寸接近，且光源输出的光场在其内可以低损耗的传输，同时在腔外表面存在倏逝波。根据具体的应用场景和实际强度探测需求来进行设计，只要保证能在电流信号作用下发生透射特性的变化即可。

技术特征：

1.基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特性在于：包括宽带光源(1)、光纤谐振腔(2)、磁流体(3)、低折射率紫外固化胶(4)、光谱仪(5)；

所述宽带光源(1)输出的光信号通过光纤送入光纤谐振腔(2)的输入端口，光纤谐振腔腔内光场多次传输后经光纤传送至光谱仪(5)，所述的低折射率紫外固化胶(4)将磁流体(3)固定在光纤谐振腔(2)的外侧面；所述的光纤谐振腔(2)外侧设有通有直流电的铜导线，所述的光纤谐振腔(2)采用微纤维打结而成；通有直流电的铜导线令外界磁场的变化，将导致磁流体(3)折射率发生变化，进而导致光纤谐振腔(2)的有效折射率，即光程发生变化，流过铜线的电流信号会引起温度变化，进而改变光纤谐振腔(2)中的光信号的共振频率，从而影响光纤谐振腔的折射率和光程长度发生变化，因而光谱仪(5)上测量的腔的透射谱中将包含电流信息，通过数据处理以解调电流的强度信息；所述的谐振腔与磁流体及光纤谐振腔的位置是固定的；所述的低折射率紫外固化胶的折射率值要保证光场在谐振腔内无损耗传输。

2.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：所述的磁流体为含有fe3o4的胶体溶液，或选用其它在磁场作用下能够改变其折射率的磁性材料。

3.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：所述的提高电流传感灵敏度的方法是通过流过铜线中的电流释放的热量引起腔内波长位移变化，以及外加磁流体增加该传感精度。

4.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：通过调节流经铜线的电流大小控制热量对谐振腔参数的影响。

5.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：所述的谐振腔采用火焰电刷技术制备的硅纤维打结而成。

6.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：光纤谐振腔内嵌于磁流体，或将谐振腔粘贴在磁流体上。

7.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：所述的谐振腔材料为硅微纤维材料，形状为环形腔或微球腔；谐振腔要能够支持光波传输，且在腔外表面存在倏逝波。

8.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：所述的磁流体的形状为圆筒、平板或头盔状。

9.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：微纤维耦合长度至少为3毫米，以获得足够的范德华力将两根微纤维连接在一起。

10.根据权利要求1所述的基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，其特征在于：所述光纤谐振腔替换为双环谐振腔、内嵌微腔。

技术总结
本发明提出了一种基于微纤维结和磁流体的双增强电流传感系统，本发明的宽带光源输出的光信号通过光纤连接进入光纤谐振腔，进入谐振腔的光场传输后输出进入光谱仪进行观察，产生电流信号的铜导线牢牢接触光纤谐振腔的外径；其中宽带光源与光纤、光纤谐振腔与光谱仪之间通过光纤连接，其中谐振腔通过低折射率紫外固化胶固定在磁流体中，谐振腔与磁流体及光纤谐振腔的位置是固定的，低折射率紫外固化胶的折射率值要保证光场在谐振腔内无损耗传输。本发明具备低成本、低功耗、体积小、精度高、易集成可进行电流信号的高精度探测等优点。

技术研发人员：项晨晨;王宏腾;于长秋;黄海侠;周铁军;李海;骆泳铭
受保护的技术使用者：杭州电子科技大学
技术研发日：2020.04.30
技术公布日：2020.08.25