磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤光栅磁场传感技术领域，具体涉及一种磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器。

背景技术：

电力设备的可靠性影响着电力系统的稳定性。在线监测器是一种有效的方法来防止出现故障的电源设备。局部放电是恶化电力系统正常工作的主要原因。在过去的二十多年里，电力系统局部放电监测技术有了重大的发展和进步，但其可靠性与稳定行并不能满足人们的要求。

随着科技的进步，磁场传感技术也有了很大的发展，利用磁场测量间接得到电力系统放电信息是一种简单有效的方法。磁场传感器就成为了电力系统放电监测及相关产业中不可或缺的基本原件。目前，多数磁场传感器是由许多复杂的电子元器件连接而成，并且还包括信号处理系统，技术相对成熟。但由于传感机理的限制，存在高低压导电、电磁干扰和使用安全危险等问题。

随着光纤传感技术的日益成熟，光纤磁场传感器发展迅速。这类传感器以光学信号作为载体，具有灵敏度高、绝缘性好、相应速度快、成本相对低廉等优点。现有光纤磁场传感器多为基于磁性敏感材料与直通式干涉结构或环形衰荡结构结合而成，这类传感器结构相对复杂。磁性敏感材料与光纤光栅结合的报道相对较少。因此，有必要将二者结合，设计出灵敏度更高、结构更加简单的光纤光栅磁场传感器。

技术实现要素：

本实用新型的实施实例提供了磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器，是为了解决现有磁场传感器灵敏度低、稳定性差、成本过高、结构复杂的问题。

为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：

提供了一种磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器，该磁场传感器包括它包括ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）；

磁场传感头（2），所述的磁场传感头（2）内包含有毛细玻璃管（2-1）、微纳光纤光栅（2-2）、磁流体（2-3），其中，微纳光纤光栅（2-2）一端通过单模光纤连接ASE光源（1），另一端通过单模光纤连接光信号处理器（3）；

外加磁场方向与磁场传感头（2）方向垂直。

所述的ASE光源（1）的输出波长为1550nm，带宽为80nm。

所述的磁场传感头（2）的毛细玻璃管（2-1）的长度为1.5cm，直径为1mm，且毛细玻璃管（2-1）两端带有封装石蜡。

磁场传感头（2）的微纳光纤光栅（2-2）为经氢氟酸腐蚀掉部分包层而形成，微纳光纤光栅（2-2）的长度为1.2cm，直径为10μm，光栅栅格与微纳光纤光栅（2-2）有65°的倾斜角度。

磁场传感头（2）的磁流体（2-3）其基质为四氧化三铁纳米颗粒，基液为油酸，且磁流体（2-3）均匀填满毛细玻璃管（2-1）内部。

所述的光信号处理器（3）为光谱仪。

所有器件中光纤的连接方式均采用熔融连接。

本实用新型专利提供了一种磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器，该光纤磁场传感器改善了现有磁场传感器灵敏度低、稳定性差、生产成本高、结构复杂的问题。

本实用新型的有益效果是：本实用新型针对当前磁场传感器灵敏度低、稳定性差、生产成本高、结构复杂的缺点，提出改进方案。通过氢氟酸腐蚀部分包层的倾斜栅格光纤光栅，形成直径为10μm，长度为1.2cm的微纳光纤光栅，选用基质为四氧化三铁纳米颗粒，基液为油酸的磁流体作为磁性敏感材料。并将磁流体通过物理方法均匀包覆在微纳光纤光栅处，并且外部通过毛细玻璃管对其进行保护，形成磁流体包覆的微纳光纤光栅传感头。将该传感头通过单模光纤与ASE光源和光信号处理器连接，形成一种灵敏度高、稳定性好、生产成本相对低廉、结构简单的光纤光栅磁场传感器。当传感头置于变化的磁场中时，磁流体的有效折射率发生变化。光信号经过微纳光纤光栅处会产生倏逝波，倏逝波在磁流体中随其有效折射率的变化会发生变化，其透射光谱的光强随着磁场的变化亦会发生变化，从而保证了测量灵敏度。同时，直通式传感系统相对简单，成本低廉。

附图说明

图1为磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器的系统结构；

图2为磁场传感头的局部放大结构。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1，本实施方式所述的磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的传感器，它包括括ASE光源（1）、磁场传感头（2）、光信号处理器（3）；

如图2，磁场传感头（2），所述的磁场传感头（2）内包含有毛细玻璃管（2-1）、微纳光纤光栅（2-2）、磁流体（2-3），其中，微纳光纤光栅（2-2）一端通过单模光纤连接ASE光源（1），另一端通过单模光纤连接光信号处理器（3）

外加磁场方向与磁场传感头（2）方向垂直。

所述的ASE光源（1）的输出波长为1550nm，带宽为80nm。

所述的磁场传感头（2）的毛细玻璃管（2-1）的长度为1.5cm，直径为1mm，且毛细玻璃管（2-1）两端带有封装石蜡。

磁场传感头（2）的微纳光纤光栅（2-2）为经氢氟酸腐蚀掉部分包层而形成，微纳光纤光栅（2-2）的长度为1.2cm，直径为10μm，光栅栅格与微纳光纤光栅（2-2）有65°的倾斜角度。

磁场传感头（2）的磁流体（2-3）其基质为四氧化三铁纳米颗粒，基液为油酸，且磁流体（2-3）均匀填满毛细玻璃管（2-1）内部。

所述的光信号处理器（3）为光谱仪。

所有器件中光纤的连接方式均采用熔融连接。

在使用时，先按照附图说明完成光路搭建，将传感头垂直于磁场方向放置。待光源输出信号稳定后即可进行测量。

工作原理：

磁流体包覆微纳光纤光栅传感头的磁场传感器：

工作过程：先将光路按说明书附图连接好，打开光源，将传感头垂直置于磁场中，待光源输出光信号稳定后开始测量。ASE光源发出的中心波长1550nm，带宽80nm的宽带光经单模光纤到达磁场传感头，在微纳光纤光栅处光信号会在其包层外侧产生倏逝场。在微纳光纤光栅外磁流体的作用下，随着磁场的变化，其光信号的折射率发生变化，导致其透射光谱的光强发生改变。通过对不同磁场下的光强进行拟合，发现磁场强度与透射光强具有很好的线性关系，可通过透射光强间接得到磁场强度。