一种基于磁性液体液滴的三维磁场强度传感器的制作方法

本实用新型属于传感器领域，适用于微小磁场强度的精确测量。

背景技术：

目前测量磁场强度的仪器包括磁通计、旋转线圈磁强计、霍尔效应磁强计等，其中霍尔效应磁强计应用最为广泛。以上测量磁场强度的仪器在使用过程中，都要求磁力线方向与工作面垂直，这样才能够准确测量该点的磁场强度，但在实际测量过程中，磁力线的方向都是未知的，这样就会给微小磁场的精确测量带来误差。

为了对微小磁场进行精确测量，国内外科研工作者基于磁性液体液滴对光纤磁场强度传感器进行了深入的研究，例如专利《光纤磁场传感器》(申请号：201010519861.2)，专利《一种基于sms结构和磁性液体的光纤磁场传感器》(申请号：201320895370.7)，专利《一种基于温度补偿高灵敏度远距离光纤磁场传感装置》(申请号：201510907210.3)以及专利《一种基于磁性液体的光纤磁场检测系统》(申请号：201620002287.6)等都提出了不同的光纤磁场强度传感器模型，以上基于磁性液体液滴的光纤传感器模型均利用磁性液体的光学特性，能够对方向确定的微小磁场进行精确测量。同样，由于光纤传感器自身的结构特征，使得光纤传感器只能对平行于光纤方向的磁场强度进行精确测量。

磁场强度为矢量，因此需要对空间中磁场的大小和方向都进行测定，在专利《三维磁场强度测量仪》(申请号：201420117907.1)中提出了一种六片表面贴型线性霍尔传感器，能够实现对空间磁场强度矢量的直接测量，但是由于其基于霍尔效应，因此不能对微小磁场实现精确测量。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题：现有的磁场强度传感器不能够对三维空间内的微小磁场强度矢量进行精确测量的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于磁性液体液滴的三维磁场强度传感器，该传感器包括：三维正交毛细管，磁性液体液滴，去离子水，x轴宽频光源(x-bbs)，x轴光谱分析仪(x-osa)，y轴宽频光源(y-bbs)，y轴光谱分析仪(y-osa)，z轴宽频光源(z-bbs)，z轴光谱分析仪(z-osa)。

该传感器各部分之间的连接：

利用注射泵将磁性液体液滴与去离子水注入到三维正交毛细管中，通过调节各部分去离子水的压力使得磁性液体液滴稳定悬浮在三维正交毛细管的交叉处。将x轴宽频光源与x轴光谱分析仪分别连接在三维正交毛细管沿x轴方向的两端，将y轴宽频光源与y轴光谱分析仪分别连接在三维正交毛细管沿y轴方向的两端，将z轴宽频光源与z轴光谱分析仪分别连接在三维正交毛细管沿z轴方向的两端，应确保磁性液体液滴与去离子水互不相溶。

x轴宽频光源的入射光束经过磁性液体液滴与去离子水分界面的两次折射后，折射光束进入x轴光谱分析仪；y轴宽频光源的出射光束经过磁性液体液滴与去离子水分界面的两次折射后，进入y轴光谱分析仪；z轴宽频光源的出射光束经过磁性液体液滴与去离子水分界面的两次折射后，进入z轴光谱分析仪。当三维正交毛细管周围无磁场时，磁性液体液滴内部的铁磁性固体颗粒随机分布，此时磁性液体液滴沿着x轴、y轴和z轴方向的折射率相同，x轴光谱分析仪、y轴光谱分析仪和z轴光谱分析仪上能够得到稳定的光谱。当三维正交毛细管周围存在磁场作用时，磁性液体液滴被磁化，内部的铁磁性固体颗粒发生偏转，此时磁性液体液滴沿着x轴、y轴和z轴方向的折射率发生变化，不再相同，x轴光谱分析仪、y轴光谱分析仪和z轴光谱分析仪上的光谱产生不同程度的漂移，在磁性液体达到饱和磁化强度前，光谱的漂移量与磁场强度成正比，将x轴光谱分析仪、y轴光谱分析仪和z轴光谱分析仪检测到的三个方向的光谱漂移矢量叠加，再结合比例关系，就能够得到三维正交毛细管交叉处的磁场强度的大小和方向。

本实用新型的有益效果：

通过x轴光谱分析仪、y轴光谱分析仪和z轴光谱分析仪检测到的三个方向光谱漂移矢量的叠加，并结合比例关系，解决了微小磁场精确测量的问题。

附图说明

图1基于磁性液体液滴的三维磁场强度传感器结构图。

图1中：1-1为x-y平面视图，1-2为x-z平面视图，三维正交毛细管1，磁性液体液滴2，去离子水3，x轴宽频光源(x-bbs)4-1，x轴光谱分析仪(x-osa)5-1，y轴宽频光源(y-bbs)4-2，y轴光谱分析仪(y-osa)5-2，z轴宽频光源(z-bbs)4-3，z轴光谱分析仪(z-osa)5-3。

图2三维正交毛细管示意图。

具体实施方式

以附图1、2为具体实施方式对本实用新型作进一步说明：

一种基于磁性液体液滴的三维磁场强度传感器，该传感器包括：三维正交毛细管1，磁性液体液滴2，去离子水3，x轴宽频光源(x-bbs)4-1，x轴光谱分析仪(x-osa)5-1，y轴宽频光源(y-bbs)4-2，y轴光谱分析仪(y-osa)5-2，z轴宽频光源(z-bbs)4-3，z轴光谱分析仪(z-osa)5-3。

该传感器各部分之间的连接：

利用注射泵将磁性液体液滴2与去离子水3注入到三维正交毛细管1中，通过调节去离子水3的压力使得磁性液体液滴2稳定悬浮在三维正交毛细管1的交叉处，如图2所示。将x轴宽频光源4-1与x轴光谱分析仪5-1分别连接在三维正交毛细管1沿x轴方向的两端，将y轴宽频光源4-2与y轴光谱分析仪5-2分别连接在三维正交毛细管1沿y轴方向的两端，将z轴宽频光源4-3与z轴光谱分析仪5-3分别连接在三维正交毛细管1沿z轴方向的两端，如图1所示，应确保磁性液体液滴与去离子水互不相溶。

x轴宽频光源4-1的入射光束经过磁性液体液滴2与去离子水3分界面的两次折射后，折射光束进入x轴光谱分析仪5-1；y轴宽频光源4-2的出射光束经过磁性液体液滴2与去离子水3分界面的两次折射后，进入y轴光谱分析仪5-2；z轴宽频光源4-3的出射光束经过磁性液体液滴2与去离子水3分界面的两次折射后，进入z轴光谱分析仪5-3。当三维正交毛细管1周围无磁场时，磁性液体液滴2内部的铁磁性固体颗粒随机分布，此时磁性液体液滴2沿着x轴、y轴和z轴方向的折射率相同，x轴光谱分析仪4-1、y轴光谱分析仪4-2和z轴光谱分析仪4-3上能够得到稳定的光谱；当三维正交毛细管1周围存在磁场作用时，磁性液体液滴2被磁化，内部的铁磁性固体颗粒发生偏转，此时磁性液体液滴2沿着x轴、y轴和z轴方向的折射率发生变化，不再相同，x轴光谱分析仪5-1、y轴光谱分析仪5-2和z轴光谱分析仪5-3上的光谱产生不同程度的漂移，在磁性液体液滴2达到饱和磁化强度前，光谱的漂移量与磁场强度成正比，将x轴光谱分析仪5-1、y轴光谱分析仪5-2和z轴光谱分析仪5-3检测到的三个方向的光谱漂移矢量叠加，再结合比例关系，就能够得到三维正交毛细管1交叉处的磁场强度的大小和方向，有效解决了微小磁场精确测量的问题。