CN209182384U - 基于悬空石墨烯的光纤电流传感器 - Google Patents
基于悬空石墨烯的光纤电流传感器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，涉及光纤电流传感技术领域，具体涉及一种基于悬空石墨烯的光纤电流传感器。本实用新型是为了解决在电流传感领域中，现有电流传感技术灵敏度低、体积大、响应时间长的问题。本实用新型包括ASE光源、环形器、光信号处理器、测试光纤、电信号处理器。其中测试光纤包括微纳光纤、石墨烯材料、正极金属板、负极金属板。通过测量谐振谱的移动来间接得到电流的改变。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤电流传感技术领域，具体涉及一种基于悬空石墨烯的光纤电流传感器。
背景技术
电流传感发展至今，已出现许多电流传感方法。现有的电流传感方法主要有：电磁感应法、电磁效应法、磁光效应法等。但这些电流传感方法由于测量精度低、设备制作成本高、电磁干扰等问题而受到很多限制。很难大规模推广应用。
随着光纤传感技术的日益成熟，使用光纤及光纤相关器件来进行电流传感的方法也得到了越来越多的研究和发展。光纤电流传感器是以法拉第磁光效应为基础、以光纤为介质的新型电流传感器。光纤电流传感器具有易安装、无电磁噪音的干扰、计策范围广、精度高、传输损耗小等优点。与石墨烯相结合的光纤电流传感器，其灵敏度、响应速度均大大提高。因此，将石墨烯包覆在光纤上，设计出一种基于悬空石墨烯的体积简单、成本低廉、使用方便的光纤电流传感器具有重大意义。
发明内容
本实用新型的实施实例提供了一种基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，是为了解决现有电流传感器灵敏度低、体积大、较长的响应时间的问题。
为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下方案：
提供了一种基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，该电流传感器它包括了ASE光源（1）、环形器（2）、光信号处理器（3）、测试光纤（4）、电信号处理器（5）；
测试光纤（4），所述的测试光纤（4）内包含有单模光纤（4-1）、石墨烯材料（4-2）、正极金属板（4-3）、负极金属板（4-4），测试光纤（4）一端连接环形器（2），另一端置于空气中。
所述的ASE光源（1）的输出中心波长为1550nm，频带宽度为40nm。
所述的环形器（2）是3端口环形器。
所述的光信号处理器（3）为光谱仪。
所述的测试光纤（4）中正极金属板（4-3）与负极金属板（4-4）中间部位为单模光纤，单模光纤外部包覆有石墨烯材料（4-2）。
所述的正极金属板（4-3）与负极金属板（4-4）的边缘使用绝缘胶带隔离，薄板的中间是裸露的，薄板的另外两面需夹紧固定。
所述的ASE光源（1）、环形器（2）、光信号处理器（3）、测试光纤（4）彼此之间通过单模光纤连接，且单模光纤与各器件之间通过光纤熔融连接的方式连接。
所述的电信号处理器（5）为数字源表。
本实用新型专利提供了一种基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，该光纤电流传感器改善了现有电流传感器灵敏度低、体积大、较长的响应时间的问题。
本实用新型的有益效果是：本实用新型针对当前电流传感器灵敏度低、结构复杂、较长的响应时间的问题，提出了改进方案。通过设计两片金属薄板，将薄板的边缘使用绝缘胶带隔离，中间部分裸露出来。当光纤两侧电极与薄板接触后，用夹子将薄板的另外两面夹紧，形成稳定的欧姆接触，并用导线连接两薄板导入和导出电流，这样来达到提高灵敏度、减小体积的目的。同时这种制备结构使加热元件和敏感元件集于一身，都是石墨烯薄膜，当电流通过石墨烯薄膜时，石墨烯薄膜会因为生成的热量发生形变。这样来实现优良的响应性能。
附图说明
图1为基于悬空石墨烯的光纤电流传感器结构；
图2为测试光纤的侧面局部放大结构。
具体实施方式
下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如图1，本实施方式所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：它包括了ASE光源（1）、环形器（2）、光信号处理器（3）、测试光纤（4）、电信号处理器（5）；
如图2，测试光纤（4），所述的测试光纤（4）内包含有单模光纤（4-1）、石墨烯材料（4-2）、正极金属板（4-3）、负极金属板（4-4），测试光纤（4）一端连接环形器（2），另一端置于空气中。
所述的ASE光源（1）的输出中心波长为1550nm，频带宽度为40nm。
所述的环形器（2）是3端口环形器。
所述的光信号处理器（3）为光谱仪。
所述的测试光纤（4）中正极金属板（4-3）与负极金属板（4-4）中间部位为单模光纤，单模光纤外部包覆有石墨烯材料（4-2）。
所述的正极金属板（4-3）与负极金属板（4-4）的边缘使用绝缘胶带隔离，薄板的中间是裸露的，薄板的另外两面需夹紧固定。
所述的ASE光源（1）、环形器（2）、光信号处理器（3）、测试光纤（4）彼此之间通过单模光纤连接，且单模光纤与各器件之间通过光纤熔融连接的方式连接。
所述的电信号处理器（5）为数字源表。
所述的所有器件的链接处均采用熔融连接的方法。
在使用时，先按照附图说明将光路搭建完成，打开光源，将测试光纤置于两金属薄板中间，待光源输出信号稳定后导入电流即可进行测量。
工作原理：
基于悬空石墨烯的光纤电流传感器结构：
工作过程：先将光路搭建完成，打开光源，将测试光纤置于两金属薄板中间，待光源输出信号稳定后导入电流即可进行测量。光由光源发出后进入环形器，在3端口环形器的的作用下，一部分进入光谱仪中，另一部分光进入测试光纤中，在电流通过石墨烯产生的焦耳热作用下，石墨烯受热收缩，会导致谐振腔的腔长变化。通过测量谐振谱的移动间接对电流强度进行测量。
Claims (8)
1.基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：它包括了ASE光源(1)、环形器(2)、光信号处理器(3)、测试光纤(4)、电信号处理器(5)；
所述的测试光纤(4)内包含有单模光纤(4-1)、石墨烯材料(4-2)、正极金属板(4-3)、负极金属板(4-4)，测试光纤(4)一端连接环形器(2)，另一端置于空气中。
2.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的ASE光源(1)的输出中心波长为1550nm，频带宽度为40nm。
3.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的环形器(2)是3端口环形器。
4.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的光信号处理器(3)为光谱仪。
5.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的测试光纤(4)中正极金属板(4-3)与负极金属板(4-4)中间部位为单模光纤，单模光纤外部包覆有石墨烯材料(4-2)。
6.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的正极金属板(4-3)与负极金属板(4-4)的边缘使用绝缘胶带隔离，薄板的中间是裸露的，薄板的另外两面需夹紧固定。
7.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的ASE光源(1)、环形器(2)、光信号处理器(3)、测试光纤(4)彼此之间通过单模光纤连接，且单模光纤与各器件之间通过光纤熔融连接的方式连接。
8.根据权利要求1所述的基于悬空石墨烯的光纤电流传感器，其特征在于：所述的电信号处理器(5)为数字源表。
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