专利名称：一种光纤珐珀磁场传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感技术领域，具体涉及一种光纤珐珀磁场传感器及其制备方 法。
背景技术：
磁场测量是电磁测量技术的一个重要分支。在工业生产和科学研究的许多领域都 要涉及到磁场测量问题。如电流测量、磁探矿、磁悬浮列车、地质勘探、同位素分离、质谱 仪、电子束和离子束加工装置、受控热核反应，以及人造地球卫星等，甚至在医学和生物学 方面也有应用。例如，磁场疗法治病，用“心磁图”、“脑磁图”来诊断疾病，环境磁场对生物 和人体的作用，以及磁现象与生命现象的研究等都需要磁场测量技术和测磁仪器的研制， 因此，磁场的测量技术与人们的生活密切相关。传统的磁场传感器是以电测试原理为主，如霍尔效应和电磁感应原理，已经有成 熟产品。但作为电测原理的传感器往往易受电磁干扰、容易磁饱和等，因而光学式的磁 场传感器越来越受到关注。现有的光学磁场传感器主要是基于法拉第旋转效应或者是 磁-机_光转换原理，存在长期稳定性差、测量精度不高等缺点。

发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种光纤珐珀磁场传感器及其制备方法，该 传感器能克服现有技术的缺陷，能实现长期稳定、准确的测量磁场，而且灵敏度高，制备方 法简单。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种光纤珐珀磁场传感器，包括光 纤，其特征在于，在光纤的一端面设置一个以气体或者空气为介质的珐珀腔，所述珐珀腔包 括两个反射面，一个反射面为光纤的端面，另一反射面是与光纤端面相对应的膜片，所述膜 片镀有或者粘贴有磁材料或者金属材料，靠近磁场时，磁力带动膜片运动而改变所述珐珀 腔的腔长，所述光纤拾取珐珀腔的反射光学信号获取珐珀腔腔长信息，实现对磁场的测量。按照本发明所提供的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述珐珀腔的横截面大 于、等于或者小于光纤的纤芯的横截面。按照本发明所提供的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由设置在 光纤端面内部正中心的圆柱形微槽和对接在光纤端面的膜片构成。按照本发明所提供的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由光纤的 端面、套设在光纤上的套管和设置在套管另一端的膜片构成。按照本发明所提供的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述光纤是采用石英、聚 合物、宝石或光子晶体材料制成的单模光纤。一种光纤珐珀磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①在光纤的端面上用157nm激光器加工出一个圆柱形微槽，深度lOym至10mm之 间；
②在圆柱形微槽外对接上同种材料的膜片，形成珐珀腔；③在膜片上镀上磁性材料或金属材料，制成了光纤法珀磁场传感器。一种光纤珐珀磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①将套管两端切平，所述套管内圆能套设光纤；②在套管的一端对接上和套管同种材料的膜片；③在膜片表面镀上磁性材料或金属材料，将光纤插入套管中，并和膜片保持微小 的距离，用胶水固定，制成了光纤法珀磁场传感器。本发明的工作原理是设置一个以气体或者空气为介质包含两个光学反射面构 成的珐珀腔，珐珀腔的一端为一膜片，在膜片上镀上或粘贴上磁材料或金属材料，膜片和磁 (金属)材料的厚度和FP腔尺寸可调节灵敏度。靠近磁场，磁(金属)材料的磁场与垂直 于膜片的磁场产生磁力作用，磁力带动膜片运动从而改变FP腔腔长，用光纤拾取FP腔的反 射光学信号获得腔长信息，便可实现对磁场的测量。本发明结构简单合理，可以实现长期稳定、准确的测量磁场，而且灵敏度很高，实 现方法也很简单。


图1是本发明第一种实施例的结构示意图；图2a是本发明第二种实施例的结构示意图，其中图2b是图2a的右侧端面示意 图；图3是本发明第三种实施例的结构示意图；图4a是本发明第四种实施例的结构示意图，其中图4b是图4a的右侧端面示意 图。其中，1、光纤，2、膜片，3、珐珀腔，4、磁性材料层，5、套管，6、胶水层，7、金属层。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述如图1 4所示，该光纤珐珀磁场传感器，包括光纤1，在光纤1的一端面设置一个 以气体或者空气为介质的珐珀腔3，珐珀腔3包括两个反射面，一个反射面为光纤的端面， 另一反射面是与光纤端面相对应的膜片2，膜片2镀有或者粘贴有磁材料层4或者金属层 7，靠近磁场时，磁力带动膜片运动而改变所述珐珀腔的腔长，所述光纤拾取珐珀腔的反射 光学信号获取珐珀腔腔长信息，实现对磁场的测量。本发明的的光纤1是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模光纤，本 发明所述的加工是采用157nm激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工或电子束刻蚀，本发 明所述对接是采用激光熔接、电弧熔接、或粘接，本发明所述切割是采用激光、切割刀或研 磨方法切掉。本发明的光纤由包层和纤芯构成，所述珐珀腔的横截面可大于、等于或小于光 纤的纤芯的横截面。实施例1包括光纤1，在光纤1的一端面设置圆柱形微槽，深度在10 iim至10mm之间，在圆 柱形微槽外对接与光纤端面相对应的膜片2，形成珐珀腔3，膜片2镀有或者粘贴有磁材料或者金属材料层。制备方法是①在光纤的端面上用157nm激光器加工出一个圆柱形微槽， 深度10 ym至10mm之间；②在圆柱形微槽外对接上同种材料的膜片，形成珐珀腔；③在膜 片上镀上磁性材料4或金属材料7，制成了光纤法珀磁场传感器。实施例2包括光纤1，在光纤1的一端面设置一个以气体或者空气为介质的珐珀腔3，珐珀 腔3是由光纤1的端面、套设在光纤1上的套管5和设置在套管5另一端的膜片2构成，膜 片2镀有或者粘贴有磁材料或者金属材料层。制备方法是①将套管5两端切平，套管5内 圆能套设光纤1 ；②在套管5的一端对接上和套管5同种材料的膜片2 ；③在膜片2表面镀 上磁材料4或者金属材料层7，将光纤1插入套管5中，并和膜片2保持微小的距离，用胶水 层6固定，制成了光纤法珀磁场传感器。
权利要求
一种光纤珐珀磁场传感器，包括光纤，其特征在于，在光纤的一端面设置一个以气体或者空气为介质的珐珀腔，所述珐珀腔包括两个反射面，一个反射面为光纤的端面，另一反射面是与光纤端面相对应的膜片，所述膜片镀有或者粘贴有磁材料或者金属材料，靠近磁场时，磁力带动膜片运动而改变所述珐珀腔的腔长，所述光纤拾取珐珀腔的反射光学信号获取珐珀腔腔长信息，实现对磁场的测量。
2.根据权利要求1所述的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述珐珀腔的横截面大 于、等于或者小于光纤的纤芯的横截面。
3.根据权利要求2所述的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由设置在 光纤端面内部正中心的圆柱形微槽和对接在光纤端面的膜片构成。
4.根据权利要求2所述的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由光纤的 端面、套设在光纤上的套管和设置在套管另一端的膜片构成。
5.根据权利要求1 4任一所述的光纤珐珀磁场传感器，其特征在于，所述光纤是采用 石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模光纤。
6.根据权利要求3所述的光纤珐珀磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①在光纤的端面上用157nm激光器加工出一个圆柱形微槽，深度ΙΟμπι至IOmm之间；②在圆柱形微槽外对接上同种材料的膜片，形成珐珀腔；③在膜片上镀上磁性材料或金属材料，制成了光纤法珀磁场传感器。
7.根据权利要求4所述的光纤珐珀磁场传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①将套管两端切平，所述套管内圆能套设光纤；②在套管的一端对接上和套管同种材料的膜片；③在膜片表面镀上磁性材料或金属材料，将光纤插入套管中，并和膜片保持微小的距 离，用胶水固定，制成了光纤法珀磁场传感器。
全文摘要
本发明公开了一种光纤珐珀磁场传感器，包括光纤，其特征在于，在光纤的一端面设置一个以气体或者空气为介质的珐珀腔，所述珐珀腔包括两个反射面，一个反射面为光纤的端面，另一反射面是与光纤端面相对应的膜片，所述膜片镀有或者粘贴有磁材料或者金属材料，靠近磁场时，磁力带动膜片运动而改变所述珐珀腔的腔长，所述光纤拾取珐珀腔的反射光学信号获取珐珀腔腔长信息，实现对磁场的测量。该传感器能克服现有技术的缺陷，能实现长期稳定、准确的测量磁场，而且灵敏度高，制备方法简单。
文档编号G01R33/032GK101852840SQ20101019458
公开日2010年10月6日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者冉曾令, 饶云江, 鲁恩 申请人:电子科技大学