CN101726647A - 一种基于光子晶体光纤光栅的电流传感器 - Google Patents

一种基于光子晶体光纤光栅的电流传感器 Download PDF

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李玉华
陆培祥
李尧
龙华
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一种基于光子晶体光纤光栅的电流传感器，包括依次通过光纤连接的掺铒光纤宽带光源、传感头和光谱仪，所述传感头包括一磁致伸缩材料棒，在磁致伸缩材料棒表面轴向粘附有光子晶体光纤；光子晶体光纤由掺锗纤芯和纯硅材料包层构成，掺锗纤芯上刻有布拉格光栅，纯硅材料包层在轴向均匀布满空气孔。本发明使用了对温度不敏感的光子晶体光纤光栅，在只需考虑应力影响的情况下能非常方便的进行测量，提高了测量的精确性，整个传感器结构简单，使用方便，性能稳定可靠。

Description

一种基于光子晶体光纤光栅的电流传感器
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，特别是涉及一种基于光纤光栅的电流传感器。
背景技术
光纤光栅是以输出光波长为信息的一种新型光子器件。光纤光栅传感技术可用于应力、应变和温度、温变测量，具有方便、灵敏、精度高、抗干扰能力强等优点，已被广泛的用于工业、建筑业、国防和科学研究领域等方面。而利用光纤光栅传感进行电流测量也被重点研究。但由于光纤光栅对于应变和温度同时敏感，从而导致测量的时候温度和应变交叉敏感效应，使得中心波长无法反应出应变和温度各自所引起的波长变化，造成测量困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对温度不敏感的光纤光栅电流传感器，结构简单，使用方便，提高测量的精确性。
一种基于光子晶体光纤光栅的电流传感器，包括依次通过光纤连接的掺铒光纤宽带光源、传感头和光谱仪，所述传感头包括一磁致伸缩材料棒，在磁致伸缩材料棒表面轴向粘附有光子晶体光纤；光子晶体光纤由掺锗纤芯和纯硅材料包层构成，掺锗纤芯上刻有布拉格光栅，纯硅材料包层在轴向均匀布满空气孔。
作为改进，所述空气孔中注有庚烷液体。
作为进一步改进，电流传感器还包括一3db耦合器，掺铒光纤宽带光源的光经过3db耦合器到达传感头，满足光栅布拉格条件的波长反射回来通过3db耦合器后进入光谱仪。
本发明的有益效果体现在：本发明在传感头中使用了对温度不敏感的光子晶体光纤光栅，在只需考虑应力影响的情况下能非常方便的进行测量，提高测量的精确性；利用光子晶体光纤光栅省去了复杂的温度补偿系统，使得传感器结构简单，使用方便，性能稳定可靠。
附图说明
图1是本发明电流传感器结构图；
图2是本发明测量反射谱示意图；
图3是本发明光子晶体光纤横截面示意图；
图4为本发明传感头示意图
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。
其技术方案是：如图1原理图所示，AS3200型ASE(放大的自发辐射)光源的宽带光进入到由超磁致伸缩材料棒(GMM)和光子晶体光纤光栅组成的传感头中，满足布拉格条件的波长(室温条件下为1542.16nm)的光进入到AQ6370B型光谱仪(测量范围为600～1700nm，波长分辨率为0.02nm)中进行测量。当螺线管中通电电流发生变化时，传感头所在的磁场也会发生变化，GMM棒随之伸缩导致光栅周期改变，中心波长也会随之发生漂移，从而可以测量电流的改变量。
在透射谱测量的具体实施中，由于光谱仪处于传感头后面会造成测量极其不方便，而利用加入了一个3dB耦合器(光纤耦合器2×2，1550nm，FC接头，5:5)，将光谱仪的位置调整到传感头前方，就可以得到反射谱以方便测量，如图2所示。
参考图3，传感头包括一磁致伸缩材料棒(Tefronel-D)，在磁致伸缩材料棒表面轴向粘附有光子晶体光纤(PCF)。实例中，使用了如图4所示的纯硅空气孔包层纤芯掺锗的光子晶体光纤，其直径约为120μm，空气孔的间距约为8.5μm，空气孔直径约为3.7μm。掺锗纤芯上刻有布拉格光栅，光栅长度为0.5mm左右。当布拉格波长为1500nm左右时，该光纤光栅热光系数大约为Δneff/ΔT＝9×10-3℃-1，对温度并不敏感。如果在空气孔中注入庚烷液体，在布拉格波长为1000nm左右时光栅热光系数可以降至Δneff/ΔT＝2.5×10-3℃-1，当布拉格波长大致在1200nm时，温度对光栅的影响理论上可以忽略不计。这样我们可以使光子晶体光纤光栅由温度引起的中心波长漂移比较小，从而方便我们的测量。

Claims (3)

1.一种基于光子晶体光纤光栅的电流传感器，包括依次通过光纤连接的掺铒光纤宽带光源、传感头和光谱仪，其特征在于，所述传感头包括一磁致伸缩材料棒，在磁致伸缩材料棒表面轴向粘附有光子晶体光纤；光子晶体光纤由掺锗纤芯和纯硅材料包层构成，掺锗纤芯上刻有布拉格光栅，纯硅材料包层在轴向均匀布满空气孔。
2.根据权利要求1所述的电流传感器，其特征在于，所述空气孔中注有庚烷液体。
3.根据权利要求1或2所述的电流传感器，其特征在于，电流传感器还包括一3db耦合器，掺铒光纤宽带光源的光经过3db耦合器到达传感头，满足光栅布拉格条件的波长反射回来通过3db耦合器后进入光谱仪。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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