双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器的制作方法

1.本实用新型涉及磁场传感器，特别是一种双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器，用于磁场检测仪器。


背景技术：

2.目前，低频地磁场变化和磁偏角变化构成的震磁异常在地震前兆中发挥着重要的作用。随着仪器设备向智能化方向的转变，磁场传感器也朝着高灵敏度、高分辨率、小型化以及易于集成的方向发展。而光纤传感器凭借着其独特的优势（体积小、质量轻、抗电磁干扰能力强、耐腐蚀以及易于集成等），在近几十年得到了广泛的关注并发展迅速。因此，越来越多的研究人员利用其制备光纤磁场传感器实现对磁场的测量。光纤磁场传感器大致上可以分为三类：基于超磁致伸缩材料的磁场传感器、基于折射率可调特性的磁场传感器以及基于法拉第效应的磁场传感器。
3.其中，基于超磁致伸缩材料的光纤磁场传感器凭借超磁致伸缩材料的大磁致应变、响应速度快以及高居里温度等特性而被广泛研究。例如一些研究人员通过在两个相同的fbg中间夹一层透明硅胶形成法布里-珀罗腔（简称f-p腔），并将其粘贴在磁致伸缩材料棒上，进而实现对磁场的测量并获得了-3.483
±
0.37pm/gs 的磁场灵敏度。然而，这些磁场传感器的磁场灵敏度非常低，无法满足现实的灵敏度需求。导致灵敏度不高的一个原因可能是磁致伸缩材料本身由于加工制作不同而导致磁致伸缩应变不明显。另一个原因是光纤本身的应变系数小，从而导致超磁致伸缩材料的磁致伸缩应变量只有很小一部分传递到光纤传感器，极大程度上降低了传感器的灵敏度。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的是提供一种双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器，解决了现有基于超磁致伸缩材料的磁场传感器由于光纤难以随超磁致伸缩材料棒的变化伸缩，变化量转换效率低，导致传感器磁场灵敏度差的问题，其单模光纤和石英毛细管的简单紧凑结构传递变化量，对磁场的变化非常敏感。
5.本实用新型所采用的技术方案是：该双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器包括组合有单模光纤和石英毛细管的传感器本体，其技术要点是：所述石英毛细管的两端分别设置单模光纤，形成信号输入端和信号输出端，一端单模光纤的插入段去除外包层，通过滑动插入石英毛细管对应端口，另一端单模光纤通过粘胶与石英毛细管粘接固定，两端的单模光纤的相对端面相互平行，在两单模光纤相对端面之间形成有空气腔，在单模光纤的外包层沿长度方向的两侧分别粘接有瓦片状超磁致伸缩材料薄板，两超磁致伸缩材料薄板之间留有间隙。
6.本实用新型具有的优点和积极效果是：由于本实用新型采用将单模光纤、石英毛细管和超磁致伸缩材料棒组合，尤其是一端单模光纤的插入段去除外包层滑动插入石英毛细管对应端口，另一端单模光纤通过胶体与石英毛细管粘接固定，使得石英毛细管一端能
与单模光纤滑动连接；在两端的单模光纤的相对端面相互平行，在两单模光纤相对端面之间形成有空气腔，形成了法布里-珀罗（f-p）腔，在单模光纤的外包层沿长度方向的两侧分别粘接有瓦片状超磁致伸缩材料薄板，形成双侧带动伸缩，能够增大与单模光纤接触面积，易于带动单模光纤沿长度方伸缩；两超磁致伸缩材料薄板之间留有间隙，易于观察石英毛细管和单模光纤。因此，这种连接方式将单模光纤与毛细管之间存在的阻力降低到最小，显著提高了超磁致伸缩材料棒的伸长量到腔长变化量之间的转换效率，从而能够提高传感器的磁场灵敏度。
附图说明
7.以下结合附图对本实用新型作进一步描述。
8.图1是本实用新型实施例的结构示意图；
9.图2是图1的a-a向剖视图。
10.图中序号说明：1传感器本体、2单模光纤、2-1插入段、3外包层、4石英毛细管、5空气腔、6超磁致伸缩材料薄板、7粘胶。
具体实施方式
11.根据图1至2详细说明本实用新型的具体结构，实施例如图1和图2所示，一种双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器，其包括组合有两块瓦片状超磁致伸缩材料薄板6、单模光纤2和石英毛细管4的传感器本体1。超磁致伸缩材料薄板6采用稀土铽镝铁，尺寸伸缩可随外加磁场成比例变化，其磁致伸缩系数远大于传统的磁致伸缩材料。石英毛细管4的两端连接的单模光纤形成信号输入端和信号输出端，一端单模光纤的插入段2-1去除外包层，通过滑动插入石英毛细管对应端口，另一端单模光纤通过粘胶与石英毛细管粘接固定，两端的单模光纤的相对端面相互平行，在两单模光纤相对端面之间形成有空气腔5，该空气腔形成法布里-珀罗（f-p）干涉仪，石英毛细管一端与单模光纤之间并未固定，去掉了原本用于固定单模光纤和石英毛细管的uv胶，极大程度上降低了腔长变化所受到的阻力；在单模光纤2的外包层3沿长度方向的两侧分别通过粘胶7粘接有瓦片状超磁致伸缩材料薄板6，两超磁致伸缩材料薄板之间留有间隙，便于观察石英毛细管。瓦片状超磁致伸缩材料薄板能够节省材料成本，减少稀土用量。
12.工作原理：空气腔腔长变化的是由于超磁致伸缩材料薄板在磁场变化下发生的应变而导致的。提高超磁致伸缩材料薄板的应变量到腔长变化量之间的转换效率能够有效提高传感器的磁场灵敏度。同时还可以通过减小腔长来进一步提高传感器的磁场传感性能。
13.综上，本实用新型提出并制备了基于超磁致伸缩材料的高灵敏度光纤磁场传感器。取消了单模光纤与石英毛细管之间的固定连接，显著提高了超磁致伸缩材料棒由磁场变化而导致的伸长量到传感器腔长变化量之间的转换效率。
14.综上所述，实现本实用新型的目的。


技术特征：
1.一种双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器，它包括组合有单模光纤和石英毛细管的传感器本体，其特征在于：所述石英毛细管的两端分别设置单模光纤，形成信号输入端和信号输出端，一端单模光纤的插入段去除外包层，通过滑动插入石英毛细管对应端口，另一端单模光纤通过粘胶与石英毛细管粘接固定，两端的单模光纤的相对端面相互平行，在两单模光纤相对端面之间形成有空气腔，在单模光纤的外包层沿长度方向的两侧分别粘接有瓦片状超磁致伸缩材料薄板，两超磁致伸缩材料薄板之间留有间隙。

技术总结
本实用新型提供了一种双伸缩式高灵敏度光纤磁场传感器，解决了现有基于超磁致伸缩材料的磁场传感器变化量转换效率低，导致传感器磁场灵敏度差的问题，技术方案是：石英毛细管的一端单模光纤的插入段去除外包层，通过滑动插入石英毛细管对应端口，另一端单模光纤通过粘胶与石英毛细管粘接固定，两端的单模光纤的相对端面相互平行，在两单模光纤相对端面之间形成有空气腔，在单模光纤的外包层沿长度方向的两侧分别粘接有瓦片状超磁致伸缩材料薄板，两超磁致伸缩材料薄板之间留有间隙。其单模光纤和石英毛细管的简单紧凑结构传递变化量，显著提高了超磁致伸缩材料棒的伸长量到腔长变化量之间的转换效率，从而能够提高传感器的磁场灵敏度。场灵敏度。场灵敏度。


技术研发人员：孙宏志 任雪 李俏 张丽 赵雷 罗斐 孙艺玫 安荣蒂 李琳琳 张啸 毛佳宁 杨红艳 马莉 王淑辉 肖立萍 吴野 贾丽华 纪娇阳 董识博
受保护的技术使用者：辽宁省地震局
技术研发日：2021.12.31
技术公布日：2022/7/18