基于MF與LPFG磁場(chǎng)傳感方案的改進(jìn)與設(shè)計(jì).pdf

1、長(zhǎng)周期光纖光柵(LPFG)是一種新式的無源光纖器件，對(duì)外界溫度、應(yīng)變、折射率等因素均很敏感。磁流體(MF)是一種具有明顯磁光效應(yīng)的特殊液體，因其折射率會(huì)隨外界磁場(chǎng)的改變而改變，常被用于磁場(chǎng)傳感中。將LPFG的折射率敏感性與MF的磁光效應(yīng)相結(jié)合，通過檢測(cè)LPFG的諧振波長(zhǎng)偏移量可以進(jìn)行磁場(chǎng)的測(cè)量。這種磁場(chǎng)傳感系統(tǒng)不僅擁有LPFG靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，還擁有MF轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有一定意義。
　　本文闡述了LPFG的傳感原理，從

2、MF的組成、性質(zhì)、應(yīng)用等方面進(jìn)行了詳細(xì)描述。重點(diǎn)對(duì)基于MF的LPFG磁場(chǎng)傳感器的溫度特性進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，外界溫度的變化不僅會(huì)使LPFG的諧振波長(zhǎng)產(chǎn)生漂移，還會(huì)改變MF的折射率，進(jìn)而影響磁場(chǎng)的測(cè)量精度，因此需要加入溫度改良模塊;通過對(duì)改良模塊原理的分析，得出只需測(cè)量出外界折射率與溫度值便可準(zhǔn)確得到磁場(chǎng)強(qiáng)度的結(jié)論;針對(duì)布拉格光纖光柵(FBG)具有感溫范圍廣的優(yōu)點(diǎn)及方案改良的需要，研究了其包層厚度與溫度和折射率之間的關(guān)系，結(jié)果顯示，

3、包層的厚度不會(huì)影響FBG的溫度敏感性，但會(huì)影響折射率敏感性，包層厚度越薄，折射率敏感度越高;通過對(duì)改良模塊的分析結(jié)論與FBG包層厚度的研究結(jié)果提出兩種改進(jìn)方案。
　　第一種是采用添加薄包層FBG，形成溫度與折射率同步測(cè)量的方法對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)。通過對(duì)折射率敏感區(qū)間的分析與數(shù)值擬合，提煉出了溫度和折射率的同步測(cè)量公式。并根據(jù)MF的三維仿真圖驗(yàn)證了該公式的正確性，證明了此改進(jìn)方法可以提高磁場(chǎng)的測(cè)量精度，并且當(dāng)折射率在1.45-1467

4、之間時(shí)，該方案的磁場(chǎng)測(cè)量精度會(huì)達(dá)到最高。最后通過設(shè)計(jì)新式的傳感探頭，做出了改進(jìn)后的系統(tǒng)模型。
　　第二種是采用添加FBG，構(gòu)成溫度補(bǔ)償模塊的方法對(duì)原方案進(jìn)行改進(jìn)。首先通過對(duì)溫補(bǔ)介質(zhì)的對(duì)比研究，選用具有較寬感溫范圍的FBG作為溫度補(bǔ)償介質(zhì)。然后針對(duì)FBG溫度不敏感的缺陷，選用了硼鍺共摻法、逐點(diǎn)寫入法和聚四氟乙烯封裝法來提高FBG的溫度靈敏度。最后通過對(duì)改進(jìn)后方案的建模與分析，得出此溫補(bǔ)方法也可以精確測(cè)量磁場(chǎng)的結(jié)論，實(shí)現(xiàn)了提高磁場(chǎng)測(cè)量