[發明專利]一種基于光子晶體光纖光柵的電流傳感器

無效

• 申請號: 200910273089.8
• 申請日: 2009-12-04
• 公開（公告）號: CN101726647A
• 公開（公告）日: 2010-06-09
• 發明（設計）人: 李玉華;陸培祥;李堯;龍華
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R19/00
• 分類號: G01R19/00;G01R15/24
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 李智

技術領域

本發明涉及傳感器技術領域，特別是涉及一種基于光纖光柵的電流傳感器。

背景技術

光纖光柵是以輸出光波長為信息的一種新型光子器件。光纖光柵傳感技術可用于應力、應變和溫度、溫變測量，具有方便、靈敏、精度高、抗干擾能力強等優點，已被廣泛的用于工業、建筑業、國防和科學研究領域等方面。而利用光纖光柵傳感進行電流測量也被重點研究。但由于光纖光柵對于應變和溫度同時敏感，從而導致測量的時候溫度和應變交叉敏感效應，使得中心波長無法反應出應變和溫度各自所引起的波長變化，造成測量困難。

發明內容

本發明的目的在于提供一種對溫度不敏感的光纖光柵電流傳感器，結構簡單，使用方便，提高測量的精確性。

一種基于光子晶體光纖光柵的電流傳感器，包括依次通過光纖連接的摻鉺光纖寬帶光源、傳感頭和光譜儀，所述傳感頭包括一磁致伸縮材料棒，在磁致伸縮材料棒表面軸向粘附有光子晶體光纖；光子晶體光纖由摻鍺纖芯和純硅材料包層構成，摻鍺纖芯上刻有布拉格光柵，純硅材料包層在軸向均勻布滿空氣孔。

作為改進，所述空氣孔中注有庚烷液體。

作為進一步改進，電流傳感器還包括一3db耦合器，摻鉺光纖寬帶光源的光經過3db耦合器到達傳感頭，滿足光柵布拉格條件的波長反射回來通過3db耦合器后進入光譜儀。

本發明的有益效果體現在：本發明在傳感頭中使用了對溫度不敏感的光子晶體光纖光柵，在只需考慮應力影響的情況下能非常方便的進行測量，提高測量的精確性；利用光子晶體光纖光柵省去了復雜的溫度補償系統，使得傳感器結構簡單，使用方便，性能穩定可靠。

附圖說明

圖1是本發明電流傳感器結構圖；

圖2是本發明測量反射譜示意圖；

圖3是本發明光子晶體光纖橫截面示意圖；

圖4為本發明傳感頭示意圖

具體實施方式

下面結合附圖和實例對本發明作進一步的詳細說明。

其技術方案是：如圖1原理圖所示，AS3200型ASE(放大的自發輻射)光源的寬帶光進入到由超磁致伸縮材料棒(GMM)和光子晶體光纖光柵組成的傳感頭中，滿足布拉格條件的波長(室溫條件下為1542.16nm)的光進入到AQ6370B型光譜儀(測量范圍為600～1700nm，波長分辨率為0.02nm)中進行測量。當螺線管中通電電流發生變化時，傳感頭所在的磁場也會發生變化，GMM棒隨之伸縮導致光柵周期改變，中心波長也會隨之發生漂移，從而可以測量電流的改變量。

在透射譜測量的具體實施中，由于光譜儀處于傳感頭后面會造成測量極其不方便，而利用加入了一個3dB耦合器(光纖耦合器2×2，1550nm，FC接頭，5:5)，將光譜儀的位置調整到傳感頭前方，就可以得到反射譜以方便測量，如圖2所示。

參考圖3，傳感頭包括一磁致伸縮材料棒(Tefronel-D)，在磁致伸縮材料棒表面軸向粘附有光子晶體光纖(PCF)。實例中，使用了如圖4所示的純硅空氣孔包層纖芯摻鍺的光子晶體光纖，其直徑約為120μm，空氣孔的間距約為8.5μm，空氣孔直徑約為3.7μm。摻鍺纖芯上刻有布拉格光柵，光柵長度為0.5mm左右。當布拉格波長為1500nm左右時，該光纖光柵熱光系數大約為Δn_eff/ΔT＝9×10^-3℃^-1，對溫度并不敏感。如果在空氣孔中注入庚烷液體，在布拉格波長為1000nm左右時光柵熱光系數可以降至Δn_eff/ΔT＝2.5×10^-3℃^-1，當布拉格波長大致在1200nm時，溫度對光柵的影響理論上可以忽略不計。這樣我們可以使光子晶體光纖光柵由溫度引起的中心波長漂移比較小，從而方便我們的測量。