基于MF與LPFG磁場傳感方案的改進與設(shè)計.pdf

1、長周期光纖光柵(LPFG)是一種新式的無源光纖器件，對外界溫度、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，因其折射率會隨外界磁場的改變而改變，常被用于磁場傳感中。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LPFG的諧振波長偏移量可以進行磁場的測量。這種磁場傳感系統(tǒng)不僅擁有LPFG靈敏度高的優(yōu)點，還擁有MF轉(zhuǎn)換效率高的優(yōu)點，對實際應(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)用等方面進行了詳細描述。重點對基于MF的LPFG磁場傳感器的溫度特性進行了仿真，仿真結(jié)果表明，外界溫度的變化不僅會使LPFG的諧振波長產(chǎn)生漂移，還會改變MF的折射率，進而影響磁場的測量精度，因此需要加入溫度改良模塊;通過對改良模塊原理的分析，得出只需測量出外界折射率與溫度值便可準(zhǔn)確得到磁場強度的結(jié)論;針對布拉格光纖光柵(FBG)具有感溫范圍廣的優(yōu)點及方案改良的需要，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、包層的厚度不會影響FBG的溫度敏感性，但會影響折射率敏感性，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量的方法對原方案進行改進。通過對折射率敏感區(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量公式。并根據(jù)MF的三維仿真圖驗證了該公式的正確性，證明了此改進方法可以提高磁場的測量精度，并且當(dāng)折射率在1.45-1467

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