【摘 要】
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随着社会科技的发展,传感技术不断向着更加智能、更加小巧轻便方向发展,并且对其测量水平以及适应性等要求也越来越高,因此传统的磁场传感器体积大、耗能高、易受电磁干扰等缺陷暴露无遗,瓶颈问题频频出现,已经越来越不能满足现代生产需求。光纤传感器因具有灵敏度高、抗电磁干扰等优点,备受研究领域的关注,因此,光纤磁场传感器得到飞速发展。其中基于磁致伸缩材料和磁流体的光纤磁场传感器在器件制备、传感性能和实用化方面
【基金项目】
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国家自然科学基金面上项目“面向多疾病标志物联合检测的高精度、可复用光纤微流控芯片POCT传感器研究”（62175055）；
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随着社会科技的发展,传感技术不断向着更加智能、更加小巧轻便方向发展,并且对其测量水平以及适应性等要求也越来越高,因此传统的磁场传感器体积大、耗能高、易受电磁干扰等缺陷暴露无遗,瓶颈问题频频出现,已经越来越不能满足现代生产需求。光纤传感器因具有灵敏度高、抗电磁干扰等优点,备受研究领域的关注,因此,光纤磁场传感器得到飞速发展。其中基于磁致伸缩材料和磁流体的光纤磁场传感器在器件制备、传感性能和实用化方面更具优势,但是在测量区间和传感灵敏度还需要不断探索。本论文主要介绍基于磁流体和磁致伸缩材料这两种磁敏材料与光纤器件结合制作的三种光纤磁场传感器,详细描述其制作过程,分析其传感原理,并进一步对其测量结果分析讨论。本论文的主要工作详情如下:1、利用熔融拉锥制得微管与微纳光纤组成的光纤干涉仪与磁流体结合,基于磁流体的折射率敏感特性,形成波长编码的磁场传感器,即波长漂移量的大小反应磁场改变的大小。实验结果表明,在0～20 m T的磁场强度范围内,该传感器的磁场灵敏度可以达到0.167 nm/m T。2、利用拉制的微纳光纤干涉仪与磁致伸缩材料棒结合,基于微纳光纤干涉仪的应力敏感特性,通过测量输出端干涉谱的波长漂移量实现磁场测量。实验结果表明,相同应变特性的微纳光纤干涉仪,磁致伸缩棒直径越小,磁场灵敏度越高,直径为2mm的Tb Dy Fe磁致伸缩棒组成的光纤磁场传感器,在0～40 m T范围具有很好的线性响应,其磁场灵敏度可以达到0.178 nm/m T。3、利用Terfenol-D粉末与PDMS形成的复合聚合物封装微纳光纤干涉仪制得的光纤磁场传感器,基于磁致伸缩应力的改变,通过监测干涉谱波长漂移量的大小实现磁场的传感测量。实验结果表明,在0～200 m T的磁场强度范围内,该传感器的磁场灵敏度为0.048 nm/m T,同时磁场递增和递减过程,波长响应曲线重合性非常的好。该光纤磁场传感器虽然灵敏度有所降低,但是很大程度上改善了磁致伸缩饱和现象带来的磁场增大和减小过程响应不重合的问题。
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