一种光纤电流传感器

1.本发明涉及光学传感器技术领域，具体涉及一种光纤电流传感器。


背景技术：

2.光纤电流传感器既结合了电流通过电导体材料时的热效应，又结合了光学传感器灵敏度高、兼容性好、功耗低的特点，在医学检测、生化测量等方面具有很好的发展潜力。在集成化和小型化的大发展趋势下，光纤电流传感器由于结构尺寸小、传感性能优越，更是展现了不可取代的优势。
3.不同形式的电流传感器具有不同的测量能力，并且在测量的适用范围精准度等方面表现的优缺点各有不同，但是光纤电流传感器无论是原材料还是性能均具有很强的优势。
4.目前，光纤电流传感器是一种新型的电流传感器,与电磁式电流互感器相比,基于微电子的光纤式电流传感器，具有无铁心、结构简单可靠,体积小、重量轻、线性度好、无饱和现象,另外光学电流传感器还具有本征安全、节能环保、成本低廉等化势，因此弥补了传统电流传感器在应用中的诸多限制，大大推动了电感器技术的发展。光纤传感器的高灵敏特性，有望将该光纤电流传感器应用于人体生物电信号的测量，进而应用于生理检测等领域。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了提供一种新型光纤电流传感器，可获得可精准检测的高灵敏光纤电流传感器。
6.本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：
7.一种光纤电流传感器，所述传感器包括一根微纳光纤、一根微纳石英毛细管和一根碳纤维线缆；
8.所述碳纤维线缆贯穿于微纳石英毛细管内部，并在微纳石英毛细管端口处与微纳石英毛细管用紫外胶固定，微纳光纤、微纳石英毛细管和碳纤维线缆保持平行的相对位置关系，并封装于低折射率紫外胶中；
9.其中，所述的微纳光纤包括依次设置的第一微光纤端区、第一微光纤锥区、微光纤均匀区、第二微光纤锥区和第二微光纤端区；
10.其中，所述微纳石英毛细管包括依次设置的第一微管端区、第一微管锥区、微管均匀区、第二微管锥区和第二微管端区；
11.其中，所述碳纤维线缆由约一千根碳纤维丝组成，包括依次设置的第一碳纤维线缆端区、第一碳纤维线缆锥区、碳纤维线缆均匀区、第二碳纤维线缆锥区和第二碳纤维线缆端区。
12.进一步地，所述的微纳光纤和微纳石英毛细管微管形成整体光波导的光纤干涉仪，第一微光纤端区和第二微光纤端区，一端与光源相连用于光信号的输入，另一端与光谱
仪相连，用于输出光信号，两端无区别，构成光信号通路。
13.进一步地，碳纤维线缆的第一碳纤维线缆端区和第二碳纤维线缆端区用于电信号的输入和输出。
14.进一步地，所述微管均匀区构成微小的加热腔室，通电后的碳纤维线缆产生焦耳热，使得微管均匀区局部温度升高，引起干涉谱的波长漂移，达到电流传感测量的目的。
15.本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
16.本发明的光纤电流传感器为一种基于微纳石英毛细管-微纳光纤波长调制的干涉型电流传感器，可实现电流的测量检测，具有高灵敏度、高稳定性的特点，制作简单，操作方便，成本低廉，便携性好，易于实用化。
附图说明
17.图1是本发明实施例的一种光纤电流传感器的结构示意图；
18.图2是本发明实施例的一种光纤电流传感器的侧视图；
19.图中：1-第一微光纤端区；2-第二微光纤锥区；3-第一微光纤锥区；4-第二微光纤端区；5-微光纤均匀区；6-第一微管端区；7—第二微管端区；8-第一微管锥区；9-第二微管锥区；10-第二微管端区；11-第一微碳纤维线缆端区；12-第二微碳纤维线缆端区；13-第一微碳纤维线缆锥区；14-第二微碳纤维线缆锥区；15-第二微碳纤维线缆端区；16-碳纤维丝。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
21.实施例
22.如附图1所示，其中，图1中公开的一种光纤电流传感器，包括一根微纳光纤、一根微纳石英毛细管和一根碳纤维线缆，所述碳纤维线缆贯穿于微纳石英毛细管内部，并在微纳石英毛细管端口处与微纳石英毛细管用紫外胶固定，微纳光纤、微纳石英毛细管和碳纤维线缆保持平行的相对位置关系，并封装于低折射率紫外胶中；
23.其中，所述的微纳光纤包括微光纤端区1、第二微光纤端区2、第一微光纤锥区3、第二微光纤锥区4和微光纤均匀区5；所述第一微光纤锥区3和所述第二微光纤锥区4分别位于所述微光纤均匀区5的两端，所述第一微光纤端区1位于所述第一微光纤锥区3的外端，所述第二微光纤端区2位于所述第二微光纤锥区4的外端；第一微光纤端区1和第二微光纤端区2，一端与光源相连用于光信号的输入，另一端与光谱仪相连，用于输出光信号，两端无区别，构成光信号通路。
24.其中，所述碳纤维线缆包括第一碳纤维线缆端区11、第二碳纤维线缆端区12、第一碳纤维线缆锥区13、第二碳纤维线缆锥区14和碳纤维线缆均匀区15；所述第一碳纤维线缆锥区13和所述第二碳纤维线缆锥区14分别位于所述碳纤维线缆均匀区15的两端，所述第一碳纤维线缆端区11位于所述第一碳纤维线缆锥区13的外端，所述第二碳纤维线缆端区12位于所述第二碳纤维线缆锥区14的外端，其中碳纤维线缆11由约一千根碳纤维丝16组成；第
一碳纤维线缆端区11和所述第二碳纤维线缆端区12，一端输入电信号，一端输出电信号，两端无区别，构成电信号通路。
25.其中，所述微纳石英毛细管包括第一微管端区6、第二微管端区7、第一微管锥区8、第二微管锥区9和微管均匀区10；所述第一微管锥区8和所述第二微管锥区9分别位于所述微管均匀区10的两端，所述第一微管端区6位于所述第一微管锥区8的外端，所述第二微管端区7位于所述第二微管锥区9的外端；微管均匀区10内嵌套碳纤维线缆均匀区15，构成结构微小的加热腔室，通电后的碳纤维线缆均匀区15产生焦耳热，使得微管均匀区10局部温度升高，引起干涉谱的波长漂移，达到电流传感测量的目的。
26.本具体实施通过微纳光纤两端可以简单实现搭建完整的光学信号系统，通过碳纤维线缆两端可以简单实习搭建完整的电学信号系统。微纳光纤与微纳石英毛细管通过同步熔融拉锥形成的整体光波导形成光纤干涉仪，提供反应电流大小的可检测光信号，即通过检测波长漂移量来反应流经碳纤维的电流大小。碳纤维线缆贯穿于微纳石英毛细管内部，在光纤干涉仪敏感的区域搭建了一个微小的加热微腔，可以有效检测由于焦耳热导致的温度变化，从而可以实现微电流的检测。
27.本具体实施的碳纤维线缆固定于微纳石英毛细管内部，同时熔融拉锥后的光纤电流传感器的整体结构用低折射率紫外胶封装，大大提高了结构的稳定性和便携性。
28.综上所述，本实施例公开了一种新型光纤电流传感器，结构稳定、结构尺寸小，其中微纳光纤与石英毛细管形成整体光波导的光纤干涉仪，一个碳纤维线缆包含一千根碳纤维丝，碳纤维通电产生焦耳热，基于光纤干涉仪的温度特性，实现对微电流的测量，加热腔室小、灵敏度高，有望用于生物、医学、化学、物理等方面的微电流测量。
29.上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。