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专利号: 201711260749X
申请人: 沈阳建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-02-28
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器,其特征在于:由D型光子晶体光纤、纳米金层、纳米光栅和磁流体薄膜组成,所述纳米金层耦合在所述D型光子晶体光纤的轴向延伸的平滑表面,所述纳米光栅刻写在所述纳米金层上,所述磁流体薄膜覆盖在所述纳米光栅上。

2.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器,其特征在于:所述磁流体薄膜是由体积分数为1.5%的磁流体填充到玻璃槽中组成。

3.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器,其特征在于:所述磁流体薄膜的厚度范围为6~300μm。

4.根据权利要求1所述的基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器,其特征在于:所述D型光子晶体光纤的直径D=125μm,气孔直径d=8μm,气孔中心间距Λ=10μm,所述D型光子晶体光纤的轴向延伸的平滑表面到其纤芯的距离hd=13μm;所述纳米金层的厚度Hg=50nm;

所述纳米光栅的光栅周期Λg=536nm,光栅厚度hg=25nm,光栅宽度Wg=100nm。

5.采用权利要求1所述的基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器测量磁场的方法,其特征在于:首先,选定磁流体薄膜的体积分数,确定磁场的测量范围;将所述基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器放置于铜线圈与可调谐直流电源组成的可变磁场环境中,采用宽带光源发出入射光,投射到所述基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器上;

之后根据步骤1中确定好的磁场测量范围,调节所述可调谐直流电源增强磁场强度,所述磁流体的折射率nMF(H,T)随着磁场强度H的变化而变化,变化关系为:其中,Hc,n为磁性粒子聚集形成磁链时的磁场强度,ns为磁流体形成磁链时的折射率,T为环境温度;n0为磁流体未呈链状结构时的折射率,α为拟合系数;

根据公式(1),计算出随着磁场强度H变化的磁流体的折射率nMF(H,T);同时,在所述磁场强度H变化过程中,所述纳米金层表面自由电子共振时产生吸收峰的共振波长λr会发生偏移,共振波长λr与磁场强度H之间的变化关系为:其中,k为磁流体的磁光系数,d∑为纳米光栅的光栅厚度hg与纳米金层的厚度Hg之和,ng为纳米光栅的折射率;

进一步根据公式(2)计算出随着磁场强度H变化的共振波长λr,得出共振波长λr的偏移过程;

因此,通过观测共振波长λr的偏移过程,进而实现对磁场的传感测量。

6.根据权利要求5所述的测量磁场的方法,其特征在于:采用的所述D型光子晶体光纤的直径D=125μm,气孔直径d=8μm,气孔中心间距Λ=10μm,所述D型光子晶体光纤的轴向延伸的平滑表面到其纤芯的距离hd=13μm;所述纳米金层的厚度Hg=50nm;所述纳米光栅的光栅周期Λg=536nm,光栅厚度hg=25nm,光栅宽度Wg=100nm;所述磁流体薄膜体积分数为

1.5%;环境温度为20℃。

7.根据权利要求6所述的测量磁场的方法,其特征在于:对所述基于光子晶体光纤和光栅的磁场传感器施加外磁场作用时,磁场强度由0Oe增加到270Oe。