摘要：随着现代信息产业特别是传感技术的迅猛进展,光纤传感技术作为传感技术重要的分支之一,已经成功运用于石油化工、隧道防火、土木工程健康监测、矿井瓦斯检测、电力设备在线监测等方面。本论文将磁流体与长周期光纤光栅相结合作为传感探头,提出了一种基于光纤传感技术的全新的磁场和电流的测量策略,这种传感策略采取磁流体作为工作介质,磁流体是一种具有显著磁光效应的智能材料,这种磁光效应主要体现为在外加磁场的作用下磁流体的折射率会产生变化；另外长周期光纤光栅是一种新型的无源光纤器件,其对外界折射率敏感的特性可作为一种理想的光纤敏感元件,将磁流体和长周期光纤光栅有机结合,探讨出一种新型的磁场和电流传感技术,将磁场或者电流的探测转换为对长周期光纤光栅的谐振波长的测量。这种策略不仅拥有光纤传感技术的优点,而且能够提升转换效率。这种基于磁流体与长周期光纤光栅的磁场传感器与传统的磁场传感器相比具有抗干扰、转换效率高、无磁饱和现象等优点。围绕这种新型的磁场传感策略本论文主要完成的工作和取得的成果有：(1)阐述了探讨磁场传感技术的重要量和迫切性,以及介绍了光纤磁场和电流传感技术的进展历程和光纤磁场传感器的分类；(2)以耦合论述出发,推导出长周期光纤光栅的耦合模方程,并利用数值计算的策略仿真了长周期光纤光栅纤芯和包层的有效折射率、透射谱及谐振波长偏移量与外界环境折射率之间的联系曲线,特别探讨了长周期光纤光栅的折射率特性；(3)利用氟化氪248nm准分子激光作为紫外光源,采取金属振幅掩模法写制了一批长周期光纤光栅并进行了退火实验,探讨了长周期光纤光栅的写制条件；(4)以论述上推导了基于菲涅尔反射论述的光纤端面后向反射法折射率测量策略,并搭建了测量系统,以去离子水和空气作为标定样品,测定了不同磁场强度下水基四氧化三铁磁流体的折射率,实验表明磁流体折射率随着外加磁场强度的增大而减小,与论述浅析相符；(5)探讨了制作基于磁流体与长周期光纤光栅的磁场传感器的工艺,并搭建了自制磁场发生装置的磁场传感实验系统,实验结果表明所提出的基于磁流体与长周期光纤光栅的磁场传感策略可以用于磁场和电流的测量,同时也提出了改善传感器性能特别是提升灵敏度的策略。关键词：长周期光纤光栅论文谐振波长论文磁流体论文折射率论文磁场传感论文
摘要4-6
Abstract6-10
第1章 绪论10-17
1.1 课题探讨的背景和作用10-11
1.2 国内外进展与探讨近况11-13
1.3 光纤磁场传感器的分类13-15
1.3.1 悬臂梁光纤光栅磁场传感器13
1.3.2 磁致伸缩式光纤磁场传感器13-14
1.3.3 光纤磁流体F-P磁场传感器14-15
1.4 本论文的主要工作15-17
第2章 长周期光纤光栅的折射率传感论述与制作17-34
2.1 长周期光纤光栅的耦合模论述17-19
2.2 纤芯和包层有效折射率的计算19-23
2.2.1 纤芯和包层有效折射率的计算策略19-21
2.2.2 纤芯和包层有效折射率的计算结果21-23
2.3 长周期光纤光栅的光谱特性23-24
2.4 长周期光纤光栅折射率传感特性探讨24-27
2.5 长周期光纤光栅的制作27-32
2.5.1 长周期光纤光栅的制作策略27-30
2.5.2 光纤增敏技术30
2.5.3 长周期光纤光栅的制作30-32
2.6 本章小结32-34
第3章 磁流体磁控折射率特性探讨34-46
3.1 磁流体概述34-38
3.1.1 磁流体的组成34-35
3.1.2 磁流体的分类35-36
3.1.3 磁流体的性质36-38
3.2 磁流体折射率的测量原理与系统38-43
3.3 磁流体磁控折射率的测量结果与浅析43-45
3.4 本章小结45-46
第4章 基于磁流体和LPG的磁场传感探讨46-59
4.1 传感器的原理与制作46-48
4.2 传感实验系统48-53
4.2.1 可调磁场发生装置49
4.2.2 高斯计49-50
4.2.3 可调谐光源50
4.2.4 光谱浅析仪50-52
4.2.5 同步扫描设置52-53
4.3 实验结果和浅析53-57
4.4 传感器性能改善策略57
4.5 本章小结57-59
第5章 总结与展望59-61
5.1 总结59-60
5.2 展望60-61
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