光纖光柵的光纖電流傳感器是按如下方法進(jìn)行制作:
[0029]1、使用光纖剝線鉗將石英敏化光纖中長(zhǎng)度約2cm的光纖涂覆層I剝除作為光柵寫入?yún)^(qū)域，使光纖包層2暴露，并用酒精將光纖包層2表面擦試干凈；將清潔干凈的光敏光纖固定在光纖夾具4上。
[0030]2、如圖2所示，將固定后的石英敏化光纖放置在長(zhǎng)周期光柵掩模板6下，模板周期為350 μπι，采用波長(zhǎng)為248nm的氬離子紫外激光器5對(duì)長(zhǎng)周期光柵掩模板6下暴露出的光纖包層2進(jìn)行掃描曝光，調(diào)節(jié)激光器功率為35mW，控制光斑掃描速度為15 ym/s，對(duì)光柵寫入?yún)^(qū)域進(jìn)行往復(fù)掃描。經(jīng)紫外激光曝光的纖芯3產(chǎn)生光致誘導(dǎo)折射率變化，形成長(zhǎng)周期光柵預(yù)曝光區(qū)域7。掃描過(guò)程的同時(shí)，使用光譜儀對(duì)石英敏化光纖的透射譜進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，觀察每次掃描后的光譜變化，確定光柵的光譜特性，從而完成長(zhǎng)周期光柵的制作。
[0031]3、二次曝光布拉格光柵寫入，如圖3所示，將完成制作長(zhǎng)周期光柵的光柵寫入?yún)^(qū)域固定在反射中心波長(zhǎng)為1540nm的布拉格光柵相位掩模板8的正后方，且長(zhǎng)周期光柵預(yù)曝光寫入?yún)^(qū)域7緊貼布拉格光柵相位掩模板8。采用波長(zhǎng)為248nm的氬離子紫外激光器5通過(guò)布拉格光柵相位掩模板8用平行入射方式照射光柵寫入?yún)^(qū)域(調(diào)節(jié)激光器功率為45mW，控制光斑掃描速度為5 μπι/s)，對(duì)光柵寫入?yún)^(qū)域進(jìn)行二次曝光，光柵寫入?yún)^(qū)域的光纖包層2及位于其內(nèi)部的纖芯3再次感光，經(jīng)紫外激光曝光的纖芯3的折射率再次變化，實(shí)現(xiàn)布拉格光柵結(jié)構(gòu)的套嵌寫入，形成復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)，完成套嵌光纖光柵的制作。
[0032]4、將制作完成的套嵌光纖光柵依次放入丙酮、酒精和去離子水中進(jìn)行超聲清洗，將包層表面的雜質(zhì)及油污去除，增加鎳鐵合金層的附著力。然后放入干燥箱中進(jìn)行脫水烘干，在100°C的溫度下進(jìn)行3分鐘的脫水烘干，完成對(duì)光纖的干燥處理。
[0033]5、將已清潔干凈并干燥處理后的光纖固定在旋轉(zhuǎn)夾具上，放入磁控濺射腔室中，在濺射鍍膜過(guò)程中，光纖以慢速旋轉(zhuǎn)，這種濺射方式能保證光纖表面均勻成膜。采用這種方法，在光纖的光柵寫入?yún)^(qū)域表面鍍上一層長(zhǎng)度約2cm，厚度150nm的鎳鐵合金層，作為發(fā)熱電極9。N1-Fe合金材料中鎳/鐵質(zhì)量含量的比值隨靶材制作工藝不同，可能采用不同的質(zhì)量比，本實(shí)施例為鎳質(zhì)量含量為30%，鐵質(zhì)量含量為70%。
[0034]6、將完成鍍膜的光纖從磁控濺射腔室中取出，在發(fā)熱電極9兩端分別連接直徑為50 μπι的無(wú)氧銅絲10，該無(wú)氧銅絲作為導(dǎo)電電極與外部待測(cè)電子線路連接，從而完成基于套嵌光纖光柵的光纖電流傳感器17的制作，如圖1所示。
[0035]7、測(cè)試上述獲得的光纖電流傳感器的電流-反射譜峰值波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線:將光纖電流傳感器的無(wú)氧銅絲與外部電源的正極和負(fù)極連接，將光纖電流傳感器的光纖兩端分別與寬帶光源和光譜儀連接，通過(guò)外部電源向光纖電流傳感器逐漸施加OmAUl.5mA,21mA,29.5mA,35.5mA,41.5mA,44.5mA的電流，并用光譜儀記錄相應(yīng)的輸出反射譜峰值波長(zhǎng)，如圖5所示，然后根據(jù)電流值與反射譜峰值波長(zhǎng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系繪制該光纖電流傳感器電流-反射譜峰值波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，如圖6所示，獲得該光纖電流傳感器電流-反射譜峰值波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系為:Y = 1539.79+0.0016XX2，其中Y是反射譜峰值波長(zhǎng)，單位nm，X為待測(cè)電流值，單位為mA。
[0036]上述制作的基于套嵌光纖光柵的光纖電流傳感器是按如下方法進(jìn)行電流測(cè)試:
[0037]1、將光纖電流傳感器的無(wú)氧銅絲10與外部待測(cè)電路正極15及外部待測(cè)電路負(fù)極16相連，同時(shí)，將光纖電流傳感器的兩端光纖分別與寬帶光源12和光譜儀14連接，如圖4所示。
[0038]2、外部待測(cè)電路的電流光纖電流傳感器，引起光纖電流傳感器的反射譜發(fā)生變化，待光譜儀中的光譜穩(wěn)定后，記錄對(duì)應(yīng)這一電流大小時(shí)輸出的反射譜峰值波長(zhǎng)。
[0039]3、將反射譜峰值波長(zhǎng)代入該光纖電流傳感器的電流-反射譜峰值波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，即可計(jì)算出此外部待測(cè)電路待測(cè)電流的大小。
[0040]同理的，也可以通過(guò)測(cè)試出該光纖電流傳感器的電流-透射譜峰值波長(zhǎng)標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，進(jìn)行后續(xù)外部待測(cè)電路的電流測(cè)試。
[0041]或者也可以通過(guò)將隨電流變化，輸出光譜峰值波長(zhǎng)的漂移，通過(guò)外加一個(gè)線性濾波器，使得峰值波長(zhǎng)漂移轉(zhuǎn)換成光強(qiáng)的變化，從而測(cè)出電流-光強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系曲線，進(jìn)而測(cè)出待測(cè)電流的電流大小。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于套嵌光纖光柵的光纖電流傳感器，其特征是:所述光纖電流傳感器是以光纖上剝離了光纖涂覆層的區(qū)域作為光柵寫入?yún)^(qū)域，在所述光柵寫入?yún)^(qū)域的纖芯上寫入有由長(zhǎng)周期光柵和布拉格光柵套嵌形成的復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)；在所述光柵寫入?yún)^(qū)域的外表面蒸鍍有發(fā)熱電極，所述發(fā)熱電極的兩端分別由一根無(wú)氧銅絲引出，用于與外部待測(cè)電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述發(fā)熱電極采用電阻率高于10_6Ω.πι的高電阻率材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述發(fā)熱電極采用N1-Fe合金材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述光纖為經(jīng)過(guò)敏化增強(qiáng)的光纖。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述光纖為石英敏化光纖。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)中的長(zhǎng)周期光柵和布拉格光柵滿足模式親合共振條件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)是通過(guò)先向光柵寫入?yún)^(qū)域的纖芯上寫入長(zhǎng)周期光柵，然后再二次曝光寫入布拉格光柵的方法實(shí)現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器，其特征是:所述光柵寫入?yún)^(qū)域的長(zhǎng)度為2 ?3cm0
9.一種權(quán)利要求1?8中任意一項(xiàng)所述光纖電流傳感器的電流檢測(cè)方法，其特征在于: 通過(guò)所述無(wú)氧銅絲將光纖電流傳感器和外部待測(cè)電路連接，當(dāng)外部待測(cè)電路的電流輸出經(jīng)過(guò)發(fā)熱電極時(shí)，所述發(fā)熱電極加熱光柵寫入?yún)^(qū)域，引起光纖電流傳感器的反射譜峰值波長(zhǎng)漂移或透射譜峰值波長(zhǎng)漂移； 通過(guò)光譜檢測(cè)方法檢測(cè)光纖電流傳感器的反射譜峰值波長(zhǎng)或透射譜峰值波長(zhǎng)，獲得外部待測(cè)電路的電流強(qiáng)度信息；或者通過(guò)透射光強(qiáng)度檢測(cè)方法檢測(cè)光纖電流傳感器的透射譜峰值波長(zhǎng)漂移引起的光強(qiáng)變化，獲得外部待測(cè)電路的電流強(qiáng)度信息；或者通過(guò)反射光強(qiáng)度檢測(cè)方法檢測(cè)光纖電流傳感器的反射譜峰值波長(zhǎng)漂移引起的光強(qiáng)變化，獲得外部待測(cè)電路的電流強(qiáng)度信息。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于套嵌光纖光柵的光纖電流傳感器及其電流檢測(cè)方法，其特征在于，是以光纖上剝離了光纖涂覆層的區(qū)域作為光柵寫入?yún)^(qū)域，在其纖芯上寫入有由長(zhǎng)周期光柵和布拉格光柵套嵌形成的復(fù)合光柵結(jié)構(gòu)；在其外表面蒸鍍有發(fā)熱電極，發(fā)熱電極的兩端分別由一根無(wú)氧銅絲引出，用于與外部待測(cè)電路相連；所采用的電流檢測(cè)方法為：當(dāng)外部待測(cè)電路有電流輸出經(jīng)過(guò)發(fā)熱電極時(shí)，引起光纖電流傳感器反射譜或透射譜的峰值波長(zhǎng)漂移，檢測(cè)出峰值波長(zhǎng)的漂移大小，則可獲得外部電流的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)電流的檢測(cè)。本發(fā)明的基于套嵌光纖光柵的光纖電流傳感器具有靈敏度高，響應(yīng)速度快，體積小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能穩(wěn)定，成本低以及光路應(yīng)用靈活的優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01R19-00
【公開號(hào)】CN104764926
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510219815
【發(fā)明人】徐峰, 田春雨, 徐翠萍, 曹志剛, 朱軍, 李賀飛
【申請(qǐng)人】安徽大學(xué)
【公開日】2015年7月8日
【申請(qǐng)日】2015年4月30日