基于磁流体的干涉型光纤磁场传感器研究

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1、ｉ学技代玛１０３４５巧巧类巧应用巧免游巧繁大巧ＺＨＥＵＡＮＧＮＯＲＭＡＬＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ＂、Ｃ．＊、听‘〇，Ｍ＊，三；．；，方一Ｖ硕去学位论文－王‘‘户＇＇＇．■■■．＇．／＼－；＇苦？、，粗目：基子碰流体的子嫌型光纤碰巧传感器研究Ｋ．．．＼、、：光学学科寺义年化：２０１３级学寺：２０１３２１０４６６巧究生：電電琴巧夺教师：杉保进教授：辛田合乂寺：ＴＮ％９．ｎ论文提文时间２０１６年３月２４曰

2、＊？－．■＇－一１－一．７＇？■、＊－！－．．．＇＂．．ｒ．Ｖ、＇．．■Ｋ；．．．－．浙江师范大学硕±学位论文ａｎｒｍａｎｖｅｒｓｉｔＳｃ．ＭｓｓｅｒｔａｔｉｏｎｏｆＺｈｅｉＮｏｌＵｉ．Ｄｉｊｇｙ基于磁流体的干涉型光纤磁场传感器研究Ｓｔｕｄｏｆｆｉｂｅｒｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄｏｎｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｉｄｙ硕±研究生：雷雪琴ＭａｓｔｅｒＤｅｇｒｅｅＣａｎｄｉｄａｔｅ；ＸｕｅｑｉｎＬｅｉ导师；彭保进

3、Ｔｕｔｏｒ：ＢａｏｉｎＰｅｎｊｇ中国？金华？渐江师范大学ＺｈｅｉａｎＮｏｒｍａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎｈｕａ，Ｃｈｉｎａｊｇ二零一六年三月Ｍａｒ２０１６，基于磁流体的干涉型光纤磁场传感器研究摘要、全光纤传感器凭借低成本、高灵敏度结构紧凑、耐腐蚀、绝缘性好、抗电磁干扰能力强且易于《点分布远程监测等诸多优点，被迅速应用到各个领域。目前可实现对温度、压力、速度、加速度等４：十多个物理量的测量，已逐渐显示出取代传统磁场传感器的趋势，并朝着结构微型化、

4、全光纤化的方向发展。基于磁场传感器被广泛应用于国防军事、生物医学、现代了业Ｗ及我们的日常化活当中，二十世纪４：十年代美国科学家首次提出了利用光纤来测量磁场的思想。然而通常情况下，磁场参量不能被光纤直接响应，需要磁光材料将磁参量转换成光参量并作用在光纤＞．，来实现光纤磁场传感器的制作一。磁流体就是这样种新型的纳米功能材料，它具有丰富的光学特性，如磁光特性、双折射效应、磁致折变效应等，且没有磁滞现象。因而近些年受到越来越多国内外学者的热切关注，。结合磁流体丰富的光学特性和光纤干涉仪

5、的独特优势本文对磁流体填充的儿种干涉型光纤磁场传感器进行了实验研究：。所做主要工作有首先－，本文讨论了磁流体与光纤干涉仪结合时存在的问题义其研究趋势。基Ｔ磁－流体的光学特性和光纤干涉仪的特点，分别讨论分析了磁流体填充的光纤ＦａｂｒｙＰｅｒｏｔ－干涉原理、磁流体填充的光纤ＭａｃｈＺｅｈｎｄｅｒ干涉原理和磁流体填充的光纤Ｓａｇｎａｃ干涉原巧，Ｗ及各个方案的优缺点和化用前景。？，基ｒ光亩接通过黑褐色磁流体溶液时存在吸收损巧的问题其次，本文重点描化了两种磁流体填充的光巧Ｍａｃｈ－Ｚｅｈｎｄ

6、ｅ逝ｒ磁场传感器的简易制作方法。我们利用倏，波原理和磁流体的磁致折变效应将磁参量加载化光纤传感器Ｉ：巧现了全光纤磁场传感器的制作－－。测得双Ｓ结构和多模单模多模光纤结构的灵敏度分别为０．２９０４ｎｍ／ｍＴ和化－１２３１ｎｍ／ｍＴ。ｔ述两种方案均采用磁流体环绕的办法，钉效避免了开腔式ＦＰ干涉仪由于光直接穿过磁流体而产生的吸收损耗问趣及嵌入封闭腔无法实现折射率传Ｉ感的困扰，并具有结构简单、操作Ａ便、稳化性好、灵敏度高等特点，简审有效地将經流体的光学特性和光纤干涉仪结合巧了一起。

7、最后，基于利用磁流体双折射特性设计的光纤磁场传感器还鲜有报道的原閑Ｗ及目前文献报道中存在的问题，本文提化利川飞秒激化器制作Ｄ型微结构，将磁流体Ｓａ－ｎａｃ环实现光ｉｎｌｉｎｅ双折射效应引入窩双折射ｇ纤结构，突破／Ｗ往因为磁流体的折射率变化范閒小而暇制其磁场检测范围和灵敏陵的局暇件。该方案不仪能捉商检测：：巧敏度，还能巧效地避免由于向色性吸收使得干涉谱的振幅比随外磁场增乂而逐渐。减小的问题，即具有相当稳定的消光比这克服了Ｗ巧由于磁流化透光性進而不能使用高浓度磁流体，也不能将磁流

8、体敏感区做长的缺点。实验结果证明文中提出的传感器具有良好的性能表现，初步得到检测灵敏度为化０８２６４ｎｍ／ｍＴ。该方案还可Ｗ通过增加Ｄ型刻槽的深度和长度进一步提高磁场检测灵敏度。关键词：光纤干涉型化感器磁流体磁场测量；飞秒激光；微结构；：１１ＳＴＵＤＹＦ旧Ｅ民－ＯＦＯＰＴＩＣＩＮＴＥＲＦＥＲＯＭＥＴＲＩＣＭＡＧＮＥＴＩＣ巧ＥＬＤＳＥＮＳＯ民ＳＢＡＳＥＤＯＮＭＡＧＮＥＴＩＣＦＬＵＩＤ