CN108196208B - 一种基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器 - Google Patents
一种基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，属于光纤传感技术领域。该传感器包括超磁致伸缩材料，长度L；微型光纤光栅传感器，包括均匀光纤Bragg光栅，其中光纤光栅长度为l；封装套管，长度为(L‑l)/2；沿超磁致伸缩材料纵向布置，即磁致伸缩方向；可拆换微型光纤光栅传感器夹具，包括夹板和螺栓。本发明具有灵敏度大，稳定性好，响应速度快，结构简单，安装方便，适用性强等优点。
Description
技术领域
本发明属于光纤光栅传感技术领域，涉及到一种基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器。
背景技术
随着科学技术不断发展，磁场的应用越来越广泛，在矿藏探测、地震预测，医疗成像、电气工程等领域日渐凸显了其重要性。因此对磁场进行精确有效的测量具有重要意义。目前我国常用的磁场测量方法主要有磁力法、电磁感应法、磁饱和法、霍尔效应法、磁阻效应法等，不同原理的磁场传感器具有不同的特点，相应地也有不同的应用场合和使用条件，如磁阻效应法，由于受其非线性和对温度的依赖性限制，一般仅适用于低温环境以及较强磁场。本发明将磁场变化转化为超磁致伸缩材料的应变变化，通过光纤光栅传感技术测量应变变化来间接测定磁场变化，充分发挥光纤光栅传感技术的优势，测量精度高，响应速度快，长期稳定性好；且所述磁场传感器结构简单，适用性强，应用前景好。
然而，目前使用较多的基于光纤光栅的超磁致伸缩磁场传感器是将光纤光栅直接粘贴在超磁致伸缩棒上，超磁致伸缩棒的长度通常较小，通常存在着灵敏度低，稳定性差等问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，以提高检测灵敏度和稳定性，相比裸光纤光栅直接粘贴方式，灵敏度可提高L/l倍，其中L为超磁致伸缩材料的长度，l为光纤光栅的长度，且传感器采用夹具形式固定，安拆简便，稳定性好。
本发明的技术方案：
一种基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，所述的基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器包括超磁致伸缩材料1和沿其磁致伸缩方向布置的新型微型光纤光栅传感器2；
所述的超磁致伸缩材料1是采用TeDyFe材料制成的圆柱体或长方体，通过夹具与微型光纤光栅传感器固定；所述的超磁致伸缩材料1的长度方向为磁致伸缩方向，磁致伸缩系数为1500～2000ppm；所述的超磁致伸缩材料1沿长度方向做开槽处理，槽截面为半圆形，直径dg与封装套管5直径D相等；
所述的微型光纤光栅传感器2包括均匀光纤Bragg光栅4和封装套管5；所述的微型光纤光栅传感器长度Lw与超磁致伸缩材料1长度L相等，微型光纤光栅传感器沿超磁致伸缩材料1长度方向布置于其槽内；
所述的封装套管5布置在均匀光纤Bragg光栅4两端，长度为(L-l)/2；
所述的微型光纤光栅传感器夹具包括夹板6和螺栓7，通过螺栓7将夹板6紧密固定于超磁致伸缩材料1长度方向两端。
所述的超磁致伸缩材料1的长度L根据实际使用选定，且大于微型光纤光栅传感器中的均匀光纤Bragg光栅的长度l。
微型光纤光栅传感器夹具的上部夹板6做开槽处理，槽截面为半圆形，截面直径db与封装套管5直径D相等。
所述的封装套管5，由弹性模量较高的钢管制成，E≈200GPa；所述的封装套管5，与均匀光纤Bragg光栅4光纤部分通过环氧树脂或丙烯酸酯类胶粘实现紧密结合。
所述的微型光纤光栅传感器夹具可拆换。
本发明的有益效果：本发明的基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，微型光纤光栅传感器为自行开发，包括均匀光纤Bragg光栅；封装套管，由弹性模量较高的钢管制成(E≈200GPa)。由于封装套管的弹性模量足够大，使用环境下，变形量微小，可忽略，所以磁场作用下的超磁致伸缩材料的磁致伸缩量ΔL等于光纤光栅伸缩量Δl，使得超磁致伸缩磁场传感器检测灵敏度可提高L/l倍，经封装的微型光纤光栅传感器稳定性明显提高；引入可拆换微型光纤光栅传感器夹具，采用螺栓固定，安装方便，稳定性好；且同时具有响应速度快，结构简单，适用性强等优点。
附图说明
图1是本发明提供的基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器结构示意图。
图2是是本发明提供的基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器轴截面图。
图3是新型微型光纤光栅传感器轴向剖面图。
图中：1超磁致伸缩材料；2微型光纤光栅传感器；
3微型光纤光栅传感器夹具；4均匀光纤Bragg光栅；5封装套管；6夹板；
7螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和技术方案，对本发明作进一步说明，但不限定本发明。
本发明提供的基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器轴向剖面图和轴截面图如图1、2示：包括超磁致伸缩材料1和沿其磁致伸缩方向布置的新型微型光纤光栅传感器2；
所述的超磁致伸缩材料1是采用TeDyFe材料制成的圆柱体或长方体，通过微型光纤光栅传感器夹具固定；所述的超磁致伸缩材料1的长度方向为磁致伸缩方向，磁致伸缩系数为1500～2000ppm；所述的超磁致伸缩材料1沿长度方向做开槽处理，槽截面为半圆形，直径dg与封装套管5直径D相等；
所述的微型光纤光栅传感器2包括均匀光纤Bragg光栅4和封装套管5；所述的微型光纤光栅传感器长度Lw与超磁致伸缩材料1长度L相等，微型光纤光栅传感器沿超磁致伸缩材料1长度方向布置于其槽内；
所述的封装套管5布置在均匀光纤Bragg光栅4两端，长度为(L-l)/2；
所述的微型光纤光栅传感器夹具包括夹板6和螺栓7，通过螺栓7将夹板6紧密固定于超磁致伸缩材料1长度方向两端。
所述的超磁致伸缩材料1的长度L根据实际使用选定，且大于微型光纤光栅传感器中的均匀光纤Bragg光栅的长度l。
微型光纤光栅传感器夹具的上部夹板6做开槽处理，槽截面为半圆形，截面直径db与封装套管5直径D相等。
所述的封装套管5，由弹性模量较高的钢管制成，E≈200GPa；所述的封装套管5，与均匀光纤Bragg光栅4光纤部分通过环氧树脂或丙烯酸酯类胶粘实现紧密结合。
本发明基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器工作原理如图1所示：超磁致伸缩材料1在外界磁场作用下，沿长度方向产生拉应变(或压应变)，新型微型光纤光栅传感器2通过测量长度方向的应变测量作用在磁致伸缩材料1上的磁通密度。
所述基于新型微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，通过测量光纤光栅波长偏移量测量作用在超磁致伸缩材料的磁场。
Claims (3)
1.一种基于微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于，所述的基于微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器包括超磁致伸缩材料(1)和沿其磁致伸缩方向布置的微型光纤光栅传感器(2)；
所述的超磁致伸缩材料(1)是采用TeDyFe材料制成的圆柱体或长方体，通过夹具与微型光纤光栅传感器固定；所述的超磁致伸缩材料(1)的长度方向为磁致伸缩方向，磁致伸缩系数为1500～2000ppm；所述的超磁致伸缩材料(1)沿长度方向做开槽处理，槽截面为半圆形，直径dg与微型光纤光栅传感器的封装套管(5)直径D相等；
所述的微型光纤光栅传感器包括均匀光纤Bragg光栅(4)和封装套管(5)；所述的微型光纤光栅传感器长度Lw与超磁致伸缩材料(1)长度L相等，微型光纤光栅传感器沿超磁致伸缩材料(1)长度方向布置于其槽内；
所述的封装套管(5)布置在均匀光纤Bragg光栅(4)两端，长度为(L-l)/2，l为均匀光纤Bragg光栅(4)的长度；
所述的微型光纤光栅传感器夹具包括夹板(6)和螺栓(7)，通过螺栓(7)将夹板(6)紧密固定于超磁致伸缩材料(1)长度方向两端；
微型光纤光栅传感器夹具的上部夹板(6)做开槽处理，槽截面为半圆形，截面直径db与微型光纤光栅传感器的封装套管(5)直径D相等；
所述的封装套管(5)，由弹性模量较高的钢管制成，E≈200GPa；所述的封装套管(5)，与均匀光纤Bragg光栅(4)光纤部分通过环氧树脂或丙烯酸酯类胶粘实现紧密结合。
2.根据权利要求1所述的基于微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，其特征在于，所述的超磁致伸缩材料(1)的长度L根据实际使用选定，且大于微型光纤光栅传感器(2)中的均匀光纤Bragg光栅(4)的长度l。
3.根据权利要求1或2所述的基于微型光纤光栅传感器的超磁致伸缩磁场传感器，
其特征在于，所述的微型光纤光栅传感器夹具可拆换。
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