基于磁流体的光纤磁场传感技术研究
发布时间：2022-10-10 12:04
磁场测量技术已经在电力工业、航空航天、国防军事和生物医学等领域有着广泛的需求。与传统的电学传感器相比,光纤传感器因体积小、灵敏度高、耐腐蚀、抗电磁干扰等优势使其成为传感领域的热门课题。而纳米磁流体作为一种新型磁敏感材料,在外磁场作用时具有一些良好的光学特性,如光学透射特性、双折射效应等。基于以上两者的结合,可以研制出多种基于磁流体的光纤磁场传感器件。本文先利用飞秒激光微加工技术制备了一种光纤磁流体薄膜,并在磁场作用下对其透光特性进行了研究。然后从提高磁场测量灵敏度和测量精度两方面出发,结合磁流体的双折射效应,研制了一种基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感器和一种基于磁流体的光纤激光磁场传感器。本文主要内容如下:（1）利用飞秒激光技术,通过设定自定义的激光扫描路径,选择最优加工参数在单模光纤上刻蚀出承载磁流体的微通道进而制备磁流体薄膜。理论分析了有、无外部磁场、不同外磁场三种情况下磁流体的微观结构,并通过实验研究了光以垂直磁场方向入射到磁流体薄膜的透光特性。实验结果表明磁场强度从0m T逐渐增大至40.51m T时,光强度变化幅度大约在6.12d B,在0～11.34m T间光强变化...
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 磁场传感器的研究现状
1.2.1 电学磁场传感器
1.2.2 光纤磁场传感器
1.3 基于磁流体的光纤磁场传感器
1.3.1 磁流体的简介
1.3.2 磁流体的性质
1.3.3 基于磁流体的光纤磁场传感器的研究现状
1.4 本文的研究意义及主要内容
2 磁流体薄膜的透光特性理论及实验研究
2.1 基于蒙特卡洛方法的磁流体微观结构研究
2.1.1 磁流体微观结构的物理模型
2.1.2 磁流体微观结构的模拟分析
2.2 磁流体薄膜的透光特性实验研究
2.2.1 磁流体及光纤材料的选择
2.2.2 光纤磁流体薄膜的制作
2.2.3 光纤磁流体薄膜的透光性实验
2.3 本章小结
3 基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感器
3.1 基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感器的传感机理
3.2 基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感系统的搭建
3.3 实验结果及分析
3.4 本章小结
4 基于磁流体的光纤激光磁场传感器
4.1 基于磁流体的光纤激光磁场传感器的传感机理
4.2 基于磁流体的光纤激光磁场传感系统的搭建
4.3 实验结果及分析
4.4 本章小结
5 总结
5.1 全文总结
5.2 下一步计划
参考文献
附录
A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
B.学位论文数据集
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fiber in-line magnetic field sensor based on Mach-Zehnder interferometer integrated with magnetic fluid[J]. 雷雪琴,徐彦超,于雅婷,彭保进. Optoelectronics Letters. 2019(01)
[2]可双参量同时测量的光纤磁场传感器[J]. 赵月,曹晔,童峥嵘,王艳. 光子学报. 2016(12)
[3]Magnetostrictive composite material-based polarimetric heterodyning fiber-grating laser miniature magnetic field sensor[J]. 何炜,程凌浩,袁强,梁贻智,金龙,关柏鸥. Chinese Optics Letters. 2015(05)
[4]磁流体的光学特性及其在光电信息传感领域中的应用[J]. 赵勇,董俊良,陈菁菁,李星. 光电工程. 2009(07)
[5]磁场测量方法及其应用[J]. 胡苗苗,刘海顺,李端明,王怀军. 现代物理知识. 2008(04)
[6]磁场测量技术的发展及其应用[J]. 姜智鹏,赵伟,屈凯峰. 电测与仪表. 2008(04)
[7]Measurement of the magnetic field-dependent refractive index of magnetic fluids in bulk[J]. 刘婷,陈险峰,狄子昀,张军锋,李新碗,陈建平. Chinese Optics Letters. 2008(03)
[8]光纤激光器技术及其研究进展[J]. 武建芬,陈根祥. 光通信技术. 2006(08)
[9]复合腔全光纤环形激光器单纵模双向同时激射的实验研究[J]. 彭江得,陈晓鹏,刘小明,唐平生. 光学学报. 1998(10)
[10]磁流体磁光特性的研究及其应用[J]. 潘学礼,潘应天. 光学学报. 1996(12)
硕士论文
[1]基于法拉第效应的正交双频光纤激光磁场传感器的敏感特性研究[D]. 余力.暨南大学 2015
[2]磁流体双折射特性的研究及应用[D]. 李浩.东北大学 2014
[3]光纤中磁流体在外磁场作用下光透射特性的研究与建模[D]. 汤静.武汉理工大学 2012
[4]磁流体光学透射特性理论与实验研究[D]. 吴温龙.东北大学 2012
[5]光纤微弱磁场传感器技术[D]. 薛志英.电子科技大学 2001
本文编号：3689586
【文章页数】：65 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
中文摘要
英文摘要
1 绪论
1.1 研究背景及意义
1.2 磁场传感器的研究现状
1.2.1 电学磁场传感器
1.2.2 光纤磁场传感器
1.3 基于磁流体的光纤磁场传感器
1.3.1 磁流体的简介
1.3.2 磁流体的性质
1.3.3 基于磁流体的光纤磁场传感器的研究现状
1.4 本文的研究意义及主要内容
2 磁流体薄膜的透光特性理论及实验研究
2.1 基于蒙特卡洛方法的磁流体微观结构研究
2.1.1 磁流体微观结构的物理模型
2.1.2 磁流体微观结构的模拟分析
2.2 磁流体薄膜的透光特性实验研究
2.2.1 磁流体及光纤材料的选择
2.2.2 光纤磁流体薄膜的制作
2.2.3 光纤磁流体薄膜的透光性实验
2.3 本章小结
3 基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感器
3.1 基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感器的传感机理
3.2 基于磁流体的光纤Sagnac干涉磁场传感系统的搭建
3.3 实验结果及分析
3.4 本章小结
4 基于磁流体的光纤激光磁场传感器
4.1 基于磁流体的光纤激光磁场传感器的传感机理
4.2 基于磁流体的光纤激光磁场传感系统的搭建
4.3 实验结果及分析
4.4 本章小结
5 总结
5.1 全文总结
5.2 下一步计划
参考文献
附录
A.作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
B.学位论文数据集
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Fiber in-line magnetic field sensor based on Mach-Zehnder interferometer integrated with magnetic fluid[J]. 雷雪琴,徐彦超,于雅婷,彭保进. Optoelectronics Letters. 2019(01)
[2]可双参量同时测量的光纤磁场传感器[J]. 赵月,曹晔,童峥嵘,王艳. 光子学报. 2016(12)
[3]Magnetostrictive composite material-based polarimetric heterodyning fiber-grating laser miniature magnetic field sensor[J]. 何炜,程凌浩,袁强,梁贻智,金龙,关柏鸥. Chinese Optics Letters. 2015(05)
[4]磁流体的光学特性及其在光电信息传感领域中的应用[J]. 赵勇,董俊良,陈菁菁,李星. 光电工程. 2009(07)
[5]磁场测量方法及其应用[J]. 胡苗苗,刘海顺,李端明,王怀军. 现代物理知识. 2008(04)
[6]磁场测量技术的发展及其应用[J]. 姜智鹏,赵伟,屈凯峰. 电测与仪表. 2008(04)
[7]Measurement of the magnetic field-dependent refractive index of magnetic fluids in bulk[J]. 刘婷,陈险峰,狄子昀,张军锋,李新碗,陈建平. Chinese Optics Letters. 2008(03)
[8]光纤激光器技术及其研究进展[J]. 武建芬,陈根祥. 光通信技术. 2006(08)
[9]复合腔全光纤环形激光器单纵模双向同时激射的实验研究[J]. 彭江得,陈晓鹏,刘小明,唐平生. 光学学报. 1998(10)
[10]磁流体磁光特性的研究及其应用[J]. 潘学礼,潘应天. 光学学报. 1996(12)
硕士论文
[1]基于法拉第效应的正交双频光纤激光磁场传感器的敏感特性研究[D]. 余力.暨南大学 2015
[2]磁流体双折射特性的研究及应用[D]. 李浩.东北大学 2014
[3]光纤中磁流体在外磁场作用下光透射特性的研究与建模[D]. 汤静.武汉理工大学 2012
[4]磁流体光学透射特性理论与实验研究[D]. 吴温龙.东北大学 2012
[5]光纤微弱磁场传感器技术[D]. 薛志英.电子科技大学 2001
本文编号：3689586
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