一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器及其使用方法
2023-10-10 13:21:04
一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器及其使用方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器及其使用方法，屬光電子測量【技術領域】。本發明包括聚四氟乙烯外殼、光纖Bragg光柵、光纖固定凸點、聚四氟乙烯套管、外接光纖、超磁致伸縮材料Ⅰ、超磁致伸縮材料Ⅱ、超磁致伸縮材料Ⅲ；其中超磁致伸縮材料Ⅰ、超磁致伸縮材料Ⅱ、超磁致伸縮材料Ⅲ分別位於聚四氟乙烯外殼內的三個正交邊線上且3個超磁致伸縮材料的表面兩端分別有兩個光纖固定凸點，超磁致伸縮材料Ⅱ與聚四氟乙烯外殼採用彈性環氧膠連接，兩個光纖固定凸點中間為光纖Bragg光柵，光纖Bragg光柵通過有聚四氟乙烯套管保護的小孔引出並於外接光纖相連。本發明實現了空間磁場強度的實時在線監測。
【專利說明】一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器及其使用方法，屬於光電子測量【技術領域】。
【背景技術】
[0002]磁場傳感器是傳感器領域的一個重要組成部分，已經廣泛地應用在工業、農業、國防、生物、醫學、宇航等許多領域。當前的磁場傳感器主要是基於霍爾器件、磁敏電阻、磁通門、核磁共振等，但傳統傳感器存在著不能電絕緣等頻率響應窄等弱點。光纖磁場傳感器有著電絕緣、全光通信等優勢，能夠在惡劣的環境中穩定工作。超磁致伸縮材料是一種在磁場中會發生體積、長度變化的定向結晶材料，Tba3Dya7Feh92材料具有以下幾個顯著特性:響應頻率範圍寬(DC?20kHz);且機械響應速度快(微秒級);較高的居裡溫度(150°C );靜態和動態下具有良好的穩定性等。
[0003]光纖Bragg光柵具有體積小、波長選擇性好、不受非線性效應影響、極化不敏感、易於與光纖系統連接、便於使用和維護等特點，是波長調製的元件。採用光纖Bragg光柵作為傳感元件，Tba3Dya7Feh92作為敏感元件，可以在一個較寬的溫度範圍內(_40°C?150°C)快速響應磁場的變化，並通過解調儀解調出反射光的波長來測量磁場強度。通過笛卡爾空間坐標系上的三個這樣的傳感臂，可以實時監測空間磁場強度的大小和方向。
【發明內容】
[0004]本發明提供了一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器及其使用方法，以用於解決對空間磁場強度的實時在線監測的問題。
[0005]本發明的技術方案是:一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器，包括聚四氟乙烯外殼1、光纖Bragg光柵2、光纖固定凸點3、聚四氟乙烯套管4、外接光纖5、超磁致伸縮材料I 7、超磁致伸縮材料II 8、超磁致伸縮材料III9 ;其中超磁致伸縮材料I 7、超磁致伸縮材料II 8、超磁致伸縮材料III 9分別位於聚四氟乙烯外殼I內的三個正交邊線上且3個超磁致伸縮材料的表面兩端分別有兩個光纖固定凸點3，超磁致伸縮材料II 8與聚四氟乙烯外殼I採用彈性環氧膠連接，兩個光纖固定凸點3中間為光纖Bragg光柵2，光纖Bragg光柵2通過有聚四氟乙烯套管4保護的小孔引出並於外接光纖5相連。
[0006]還包括四個平衡螺母底座6和一個萬向水泡10 ;其中平衡螺母底座6位於聚四氟乙烯外殼I底部的四個角上，萬向水泡10位於聚四氟乙烯外殼I的上表面正中間。
[0007]—種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器的使用方法,所述方法的具體步驟如下:
A、將傳感器放置在空間磁場環境中，調節平衡螺母底座6並觀察萬向水泡10使傳感器處於平衡狀態；空間磁場通過矢量分解到3個超磁致伸縮材料上使3個超磁致伸縮材料長度發生變化，並帶動粘貼在上面的光纖Bragg光柵2發生拉伸；利用光纖解調儀分析得到3支光纖Bragg光柵2的反射波長的變化值
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【權利要求】
1.一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器,其特徵在於:包括聚四氟乙烯外殼(I)、光纖Bragg光柵(2)、光纖固定凸點(3)、聚四氟乙烯套管(4)、外接光纖(5)、超磁致伸縮材料I (7)、超磁致伸縮材料II (8)、超磁致伸縮材料III(9);其中超磁致伸縮材料I (7)、超磁致伸縮材料II (8)、超磁致伸縮材料111(9)分別位於聚四氟乙烯外殼(I)內的三個正交邊線上且3個超磁致伸縮材料的表面兩端分別有兩個光纖固定凸點(3)，超磁致伸縮材料II (8)與聚四氟乙烯外殼(I)採用彈性環氧膠連接，兩個光纖固定凸點(3)中間為光纖Bragg光柵(2)，光纖Bragg光柵(2)通過有聚四氟乙烯套管(4)保護的小孔引出並於外接光纖(5)相連。
2.根據權利要求1所述的基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器，其特徵在於:還包括四個平衡螺母底座(6)和一個萬向水泡(10);其中平衡螺母底座(6)位於聚四氟乙烯外殼(I)底部的四個角上，萬向水泡(10)位於聚四氟乙烯外殼(I)的上表面正中間。
3.一種基於超磁致伸縮材料的光纖Bragg光柵空間磁場強度傳感器的使用方法,其特徵在於:所述方法的具體步驟如下: A、將傳感器放置在空間磁場環境中，調節平衡螺母底座(6)並觀察萬向水泡(10)使傳感器處於平衡狀態；空間磁場通過矢量分解到3個超磁致伸縮材料上使3個超磁致伸縮材料長度發生變化，並帶動粘貼在上面的光纖Bragg光柵(2)發生拉伸；利用光纖解調儀分析得到3支光纖Bragg光柵(2)的反射波長的變化值
; B、根據粘貼在超磁致伸縮材料I(7)、超磁致伸縮材料II (8)、超磁致伸縮材料111(9)上的光纖Bragg光柵(2)波長的變化值、M53與磁場強度Hx、Hy> Hz的關係式
【文檔編號】G01R33/032GK103760504SQ201410019718
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月16日 優先權日:2014年1月16日
【發明者】李川, 肖元強, 曹敏, 陳富雲, 趙成均, 趙振剛 申請人:昆明理工大學