磁传感作为传感技术的重要分支,在国防军事、生物医学、航空航天、和机械工业等多个领域都扮演着不可或缺的角色。随着应用领域的拓展,测量环境的复杂化,光纤磁场传感器相较于传统的磁场传感器许多固有的优势就逐渐体现出来了,如:结构精简、测量范围广、检测灵敏度高、抗电磁干扰能力强。甚至,在易燃易爆、强腐蚀、强电磁干扰等恶劣环境中,光纤磁场传感器已经完全能取代传统的磁场传感器。磁流体以其独特的物理性质和优异的光学特性广受研究者们的青睐。近年来,基于磁流体的光纤传感器在磁场强度方面的研究工作不断取得进展,然而,磁场方向这一参数通常都被忽视了。鉴于此,本文的研究工作将围绕着矢量磁场强度和方向的测量展开,设计并验证了两种结构新颖的光纤磁场传感器。主要的研究内容包括:利用高温熔融拉锥的方式,将一根单模光纤与石英毛细管熔融为一体,得到一种新颖的光纤结构。该结构可以激发光纤中的高阶模式至毛细管管壁与光纤包层熔融处,将磁流注入到该结构中的微毛细管内部并封装,利用微毛细管中磁流体折射率受磁场调控的特性,来改变光纤结构中两种主要传输模式间的有效折射率差,进而实现光波模式之间的干涉。通过检测干涉光谱的变化有效地将磁场信息转化为光纤中的光信息,实现了全光纤磁场传感器的制作。所提出的光纤传感器在0-110 mT范围内磁场强度的灵敏度可达 113 pm/mT。以磁流体中磁性纳米颗粒在毛细管中各项异性分布特性为基础,设计并制作了一种具有双光纤通道的光纤传感器。利用COMSOL Multiphysics对所提出的光纤矢量磁场传感器进行数值仿真。仿真结果表明光纤传感器中杂化模式的分布不仅与磁场大小相关还与磁场方向相关。研究了磁场强度、磁场角度、光纤轴角度参数对磁场传感器的性能影响。实验结果验证了该传感器对磁场强度具有高达244 pm/mT灵敏度的同时,在任意角度,磁场角度灵敏度可以表示为dy/dx≈0.2πcos[(x-133.13)π/93.57],实验过程中产生的角度误差仅为±1.4°。所提出的光纤传感器有效地实现了矢量磁场的强度和方向同时测量的目的。