低温下FBG-GMM光纤磁场传感性能与增敏的实验研究

超磁致伸缩材料(Giant magnetostrictive material, GMM)是一种响应快、应变大、能量密度高的新型功能材料,广泛应用于传感、能量转换等关键元器件中。特别是在某些实际应用中(例如航天器服役环境),GMM需要工作于低温环境,其低温下的力-磁行为越来越引起人们的关注。本文基于实验室自主搭建的低温力-磁加载实验装置,利用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)低温应变测量方法与GMM磁致伸缩特性,开展了磁致伸缩-光纤光栅磁场传感结构在两种低温环境273K和77K下的力-磁特性实验,获得了GMM在预应力和外加磁场下的应变特征。研究结果表明：温度对GMM力-磁性能有显著影响,相对于室温(293K)和273K,GMM在77K下的磁致应变减小一个数量级;预压力对GMM磁致伸缩增强效果大大减弱。进一步,采用FBG测试部分的悬空结构设计,实现FBG-GMM磁场传感器性能的有效增敏,相比传统粘贴型FBG磁场传感器,测量敏感系数提高约7倍,可用于低温环境下的磁场高灵敏监测。