【摘 要】
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近年来,磁场测量技术的发展非常迅速,然而目前大多数测量方法只测量磁场强度大小,很少涉及矢量磁场的测量,因此对矢量磁场传感的研究非常有必要。光纤的特点有电绝缘、耐腐蚀、质量轻等。而磁流体则是一种新型的功能性材料,既有固体磁性材料的强磁性,又有液体的流动性,因此磁流体具备许多独特的磁光特性,包括可调谐折射率、法拉第效应、热透镜效应、二色性和双折射效应等。本文针对矢量磁场测量存在的问题,对光纤矢量磁场传
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近年来,磁场测量技术的发展非常迅速,然而目前大多数测量方法只测量磁场强度大小,很少涉及矢量磁场的测量,因此对矢量磁场传感的研究非常有必要。光纤的特点有电绝缘、耐腐蚀、质量轻等。而磁流体则是一种新型的功能性材料,既有固体磁性材料的强磁性,又有液体的流动性,因此磁流体具备许多独特的磁光特性,包括可调谐折射率、法拉第效应、热透镜效应、二色性和双折射效应等。本文针对矢量磁场测量存在的问题,对光纤矢量磁场传感特性进行研究,提出的传感器有着灵敏度高、可靠性强、抗电磁干扰、可远程传感等诸多优点。本文将光纤与磁流体结合,研究了基于磁流体的光纤矢量磁场传感特性,研究工作及成果主要有:（1）根据在外界磁场作用下磁流体中磁性纳米颗粒在光纤表面的各向异性分布性质,提出了一种单模-多模-单模错位传感结构,并解释了矢量磁场传感原理。用Rsoft软件仿真分析了不同结构参数的单模-多模-单模错位传感结构,确定了传感长度和错位距离。（2）根据仿真结果,进行单模-多模-单模错位结构的制作,并对制作完成的传感结构进行性能测试。在此基础上进行磁流体的填充、密封等工作,完成基于磁流体的单模-多模-单模错位结构的磁场传感器制作。搭建了磁场测量实验系统,对传感器的磁场强度响应进行了测量。对实验结果进行分析,并说明了单模-多模-单模错位结构磁场传感器存在的不足。（3）研究了 3种不同方案来解决磁场传感器存在的问题。通过分析比较后,选择最佳方案,提出了一种单模-多模-细芯错位结构。并通过仿真分析,确定了传感结构的多模光纤长度S,错位距离D以及传感长度L。（4）研究了基于磁流体的单模-多模-细芯错位结构磁场传感器的制作方法并完成传感器制作。为了实现矢量磁场的实验测量,设计了一种方向可控的均匀磁场装置,并建立矢量磁场实验系统。进行了传感器的磁场方向响应实验和磁场强度响应实验,根据实验结果分析了传感器的矢量磁场传感特性,结果表明,提出的传感器对磁场方向变化和磁场强度变化都敏感,磁场强度灵敏度能达到112.95pm/Gs。在进行矢量磁场测量时,先轴向转动磁场传感器确定磁场方向,通过此时的波长漂移值又能计算出磁场强度大小,这样就实现了矢量磁场的测量。最后建立了温度响应实验系统,研究了温度对磁场传感器的影响。
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