[实用新型]基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器

说明书

本发明公开了一种基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器，包括空芯光纤，单模光纤和石墨烯；单模光纤为两个，分别与空芯光纤的两端熔接，构成传感器探头结构；石墨烯包覆在空芯光纤的外围；石墨烯包覆的传感器探头贴设在电缆侧压的测量点处。本发明的基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器，利用光经过空芯光纤时会在光纤内部产生反谐振反射机理，从而在光纤横向形成FP谐振振荡；当包覆着这一段空芯光纤的石墨烯受到挤压时，光纤表面的光学反射率会受到减弱，从而影响到横向FP谐振的强度，在谐振波长的地方可以检测到光强的变化，通过监测输出端的光强变化，从而可以获得电缆所受侧面挤压的力的大小。

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，具体涉及一种基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器。

背景技术

压力传感器在工业测试，安全监控以及工业机器人等方面有着广泛的应用。常见的电学压力传感器，其工作原理一般是基于压电效应，即电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，在电介质的两个相对表面上出现正负相反的电荷。压电式压力传感器一般包含本体、膜片和压电元件等部件。此外，还有电阻应变压力传感器、半导体应变压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器等。这种传感器的特点是体积小、动态特性好、耐高温等。它们的原理基本上都是将压力的参数转化成电参量的信号，所以这些器件大多包含了可变电容、可变电阻等电子元件，以此来实现信号的转变。

由于电子元器件对于使用环境具有一定的要求，比如需要在一定的温度范围内工作；此外，环境的腐蚀也会对电学器件造成损坏，因此在多变和极端环境下的压力传感监测方面，基于电学的压力探测手段的应用则受到一定的限制。另外，电信号的转换、传输以及处理等过程，在实际应用时可能会受到电磁干扰的影响，尤其在电网系统的应用环境，电磁干扰的因素则更为明显。此外，电子器件易于老化，也影响了传感器的使用寿命。

发明内容

本发明解决的技术问题是提供一种基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器，解决电子元器件式压力传感器易受环境影响以及电子器件易于老化而影响传感器使用寿命的问题。

本发明提供一种基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器，包括空芯光纤，单模光纤和石墨烯；单模光纤为两个，分别与空芯光纤的两端熔接，构成传感器探头结构；石墨烯包覆在空芯光纤的外围；石墨烯包覆的传感器探头贴设在电缆侧压的测量点处；

选取传感器探头谐振波长之一作为输入激光波长，从其中一单模光纤输入，在另一单模光纤处检测光强，当电缆受到侧压时，光强会随侧压改变，实现对电缆侧压值的检测。

进一步地，该电缆侧压传感器还包括激光光源和光电探测器，激光光源和光电探测器分别与一单模光纤连接。

进一步地，该电缆侧压传感器还包括塑料套管，石墨烯包覆的传感器探头与电缆通过塑料套管封装。

进一步地，石墨烯的包覆厚度范围为100-200μm。

进一步地，空芯光纤长度范围为2-5cm。

本发明的有益效果是：本发明的基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器，利用光经过空芯光纤时会在光纤内部产生反谐振反射机理，从而在光纤横向形成FP谐振振荡；当包覆着这一段空芯光纤的石墨烯受到挤压时，光纤表面的光学反射率会受到减弱，从而影响到横向FP谐振的强度，在谐振波长的地方可以检测到光强的变化，通过监测输出端的光强变化，从而可以获得电缆所受侧面挤压的力的大小。

进一步地，用塑料套管将石墨烯包覆的传感器探头与电缆封装，可防止石墨烯脱落。

附图说明

图1是本发明基于空芯光纤反谐振的电缆侧压传感器结构示意图。

图2是本发明中空芯光纤的横截面示意图。

图3是本发明实施例中的波长-光强图。