基于导电银胶和谐波游标效应的高灵敏度光纤电流传感器研究

本文创新性地采用导电银胶(CSA)和谐波游标效应(HVE)技术，构建了并联法布里-珀罗干涉仪(FPI)光纤电流传感器。实验表明，该传感器在0.2-2A范围内电流平方灵敏度达0.5319 nm/A2，采用一阶HVE后灵敏度提升18.73倍至9.9617 nm/A2，并通过级联光纤布拉格光栅(FBG)消除了温度串扰。该传感器具有结构紧凑、灵敏度高、重复性好等优势，为智能电网电流检测提供了新方案。

　　

Highlight

本研究基于导电银胶(CSA)和谐波游标效应(HVE)，开发出具有突破性性能的并联法布里-珀罗干涉仪(FPI)光纤电流传感器。

Operating principle of the sensor

图1展示了并联传感器及其光路设计。该装置包含传感腔(FPI_s)和参考腔(FPI_r)，通过光纤3dB耦合器连接宽带光源(BBS)和光谱分析仪(OSA)。当入射光束在FPI的两个反射面间多次反射时，会产生独特的干涉谱线——就像光子在"光学迷宫"里玩捉迷藏一样！

Fabrication of sensors

传感腔的制造过程堪称"光纤微创手术"：采用芯径9μm的单模光纤(SMF)和内径75μm的毛细管，通过熔接机(KL-300T)在35bit放电强度下精准融合。传感腔表面均匀涂覆CSA后，就像给光纤穿上了会"发热"的银色战衣。

Current measurement

实验设置中，传感腔直接连接直流电源(0.2-2A范围)。当电流通过时，CSA产生的焦耳热会使FPI_s发生显著波长漂移——这就像用温度计测量电流的"体温"！通过解调共振峰位移，即可精确反演电流大小。

Conclusions

这项研究就像给传统电流检测装上了"光学放大镜"：单个传感腔的电流平方灵敏度达0.5319 nm/A²，而采用一阶HVE后灵敏度飙升18.73倍！结合FBG温度补偿，这个"光学电流表"在智能电网领域展现出巨大应用潜力。