專利名稱：光纖電流傳感器的傳感頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種光纖電流傳感器的傳感頭，涉及光纖傳感器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
光纖電流傳感器是傳感器領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。在電力工業(yè)中，要對(duì)輸電線 路的電壓、電流、功率等參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，但是傳統(tǒng)的電磁式傳感器面臨高壓、非絕緣 以及電磁干擾等問(wèn)題進(jìn)行測(cè)量，給電學(xué)敏感元件帶來(lái)了危險(xiǎn)，也使得測(cè)量系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 復(fù)雜、成本高昂。為此，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠、成本低廉的高壓電流傳感器成為研究 熱點(diǎn)，全光纖高壓電流傳感器具備這些優(yōu)點(diǎn)，成為研究熱點(diǎn)之一。
目前光纖電流傳感器使用的測(cè)量方法主要有光的偏振態(tài)測(cè)量法、光的干涉測(cè)量法和波長(zhǎng)調(diào)制測(cè)量法。光的偏振態(tài)測(cè)量主要基于法拉第磁光效應(yīng)，使用磁光晶體(如BGO 晶體)對(duì)光的偏振態(tài)進(jìn)行測(cè)量，是其中研究相對(duì)成熟的傳感器，已經(jīng)有商品應(yīng)用。但 是受材料本身性質(zhì)的影響，其測(cè)量范圍和精度都受到限制，并且安裝困難。光的干涉 測(cè)量法主要是利用外場(chǎng)改變相干光的光程差進(jìn)行測(cè)量，主要有基于邁克耳遜干涉儀的 測(cè)量和基于馬赫增德干涉儀的測(cè)量。波長(zhǎng)調(diào)制測(cè)量法是對(duì)光的波長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量從而獲取 外場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量方法。主要有基于光纖光柵和法布里一珀羅干涉儀的測(cè)量，用到波長(zhǎng) 解調(diào)技術(shù)。這幾種傳感器雖然理論上能滿足測(cè)量要求，但是其對(duì)外部環(huán)境要求較高， 在實(shí)際應(yīng)用中由于無(wú)法克服外界環(huán)境的干擾問(wèn)題，特別是溫度、振動(dòng)的影響，所以這 一直困擾著光纖電流傳感器的發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問(wèn)題
為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型提出一種光纖電流傳感器的傳感頭，是一種集溫度和振動(dòng)補(bǔ)償為一體的光纖電流傳感器的傳感頭。
技術(shù)方案
本實(shí)用新型的技術(shù)特征在于兩根同種等長(zhǎng)的單模光纖以多匝環(huán)繞方式對(duì)稱固定 在一個(gè)正方形的磁致伸縮材料的上下表面上，環(huán)繞方向相互垂直，兩個(gè)表面呈現(xiàn)正交 網(wǎng)狀；所述的多匝環(huán)繞方式為光纖從正方形的磁致伸縮材料邊沿平行于邊開(kāi)始第一 匝，下一匝回環(huán)過(guò)來(lái)平行于上一匝沿材料從外到里繼續(xù)環(huán)繞，依次重復(fù)到正方形的磁 致伸縮材料的中間后，光纖的回環(huán)方向改向另一側(cè)，從正方形的磁致伸縮材料中間依 次往邊沿環(huán)繞與上半部形成對(duì)稱環(huán)繞方式；所述的光纖環(huán)繞匝數(shù)在磁致伸縮材料表面 時(shí)為奇數(shù)匝，沿伸在正方形的磁致伸縮材料外部的環(huán)繞光纖匝數(shù)為偶數(shù)匝；所述單模 光纖的輸出輸入端口和上一個(gè)面的輸出輸入端在正方形的磁致伸縮材料上的位置一一 對(duì)應(yīng)在材料的同一個(gè)角。
所述的單模光纖多匝環(huán)繞間距均勻，光纖匝束為5 100且布滿正方形的磁致伸縮材 料表面。
所述的單模光纖沿伸在材料外部的光纖與上個(gè)面的延伸光纖置于同一弧形上組成 一個(gè)圓形，兩側(cè)光纖束分別緊攏在一起，用包皮包裹，處于同一圓弧上，且和材料處 于同一平面內(nèi)，形成軸對(duì)稱。
所述的正方形的磁致伸縮材料的邊長(zhǎng)為l~5cm，厚度為l~3mm。
有益效果
本實(shí)用新型提供的光纖電流傳感器的傳感頭及其制作方法，設(shè)計(jì)上實(shí)現(xiàn)了完全對(duì) 稱的結(jié)構(gòu)，解決了這類傳感器對(duì)外界溫度和振動(dòng)環(huán)境干擾而不穩(wěn)定的問(wèn)題，對(duì)利用馬 赫曾德干涉儀測(cè)量提供了對(duì)稱解調(diào)條件。其次該裝置根據(jù)測(cè)量要求改變測(cè)量精度和測(cè) 量范圍，可以通過(guò)改變磁致伸縮材料邊長(zhǎng)大小和粘貼光纖匝數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，優(yōu)于傳統(tǒng)電磁式傳感器；然后該設(shè)計(jì)是全光纖結(jié)構(gòu)，解決了電磁絕緣問(wèn)題，特別是在高壓領(lǐng)域優(yōu)于 傳統(tǒng)的電磁式傳感器；再次該方法使得裝置簡(jiǎn)單、小巧、易實(shí)現(xiàn)且成本非常低廉，有傳統(tǒng)電磁式傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)；最后該設(shè)計(jì)使得裝置在掛網(wǎng)運(yùn)行上方便、簡(jiǎn)單、 易操作，且末端有成熟的馬赫曾德解調(diào)技術(shù)，易實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。


圖1:本實(shí)用新型中光纖在正方形磁致伸縮材料表面的環(huán)繞方式
圖2:本實(shí)用新型中光纖在正方形磁致伸縮材料另一個(gè)表面的環(huán)繞方式
圖3:本實(shí)用新型實(shí)施例中光纖在正方形磁致伸縮材料表面的環(huán)繞方式
圖4:本實(shí)用新型實(shí)施例中光纖在正方形磁致伸縮材料另一個(gè)表面的環(huán)繞方式
圖5:本實(shí)用新型實(shí)施例立體圖
l-光纖；2-正方形的磁致伸縮材料
具體實(shí)施方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述
實(shí)施例1
所述光纖電流傳感器傳感頭的設(shè)計(jì)裝置步驟為1、選取邊長(zhǎng)為2cm的正方形的磁致伸縮材料，厚度2mm; 2、將磁致伸縮材料的上下兩表面進(jìn)行平整光潔；3、截取兩根同種等長(zhǎng)的單模光纖4m，將其用酒精擦洗干凈；4、將準(zhǔn)備好的黏膠均勻涂到磁 致伸縮材料的一個(gè)表面，將其中一根光纖41匝環(huán)繞對(duì)稱粘貼在材料一個(gè)表面上，待其 凝結(jié)；5、步驟4中粘貼的光纖穩(wěn)定后，用另一根光纖在磁致伸縮材料的另一個(gè)表面重 復(fù)步驟4，只是光纖的粘貼方向要和前一面光纖的粘貼方向垂直，即兩根光纖在兩個(gè)表面是正交網(wǎng)狀粘貼。
所述選取邊長(zhǎng)為2cm的正方形的磁致伸縮材料，厚度2mm的步驟1，它包含以下
步驟a、選取的磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)和線性工作區(qū)間須滿足測(cè)量要求，用超磁
致伸縮材料Tbo.3oDyo.7()Fe,.95，工作的磁場(chǎng)線形區(qū)間為20毫特_100毫特，尺度為 20mmx20mmx2mm; b、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向與正方形一邊平行，與另一個(gè) 方向的邊垂直；c、材料厚度選用2mm。
所述將磁致伸縮材料的上下兩表面進(jìn)行平整光潔步驟2，它的實(shí)施過(guò)程為在磁 致伸縮材料的上下表面噴上脫脂液，擦拭干凈。然后用加有水基酸表面清潔液的1000 號(hào)砂紙仔細(xì)打磨。最后再用堿性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細(xì)沙粒。
所述截取同種等長(zhǎng)的光纖4m，將其用酒精擦洗干凈步驟3，它的實(shí)施過(guò)程為 a、選用溫度特性均勻低損耗的單模光；b、光纖是適用于所用光波波段傳輸?shù)墓饫w， 所用光源波長(zhǎng)為632.8nm氦氖激光；c、截取的兩根同種光纖長(zhǎng)度都為4米。
所述將準(zhǔn)備好的黏膠均勻涂到磁致伸縮材料的一個(gè)表面，將其中一根光纖多匪環(huán) 繞對(duì)稱粘貼在材料一個(gè)表面上待其凝結(jié)步驟4，實(shí)施過(guò)程為a、選用熱膨脹小，凝固 強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易老化變質(zhì)的黏膠AB膠；b、黏膠均勻的涂在平整光潔后的磁 致伸縮材料表面；c、光纖環(huán)繞粘貼磁致伸縮材料表面時(shí)，粘貼匝數(shù)為41匝，粘貼在 材料上的光纖段與材料的一邊(磁致伸縮材料的伸縮方向)平行，光纖間均勻、緊湊 且布滿材料表面。沿伸在材料外部未粘貼在材料上的環(huán)繞光纖為40匝，按匝數(shù)對(duì)等分 成各20匝的兩束對(duì)稱分布于材料兩側(cè)，兩側(cè)光纖束分別緊攏在一起，用包皮包裹，處 于同一圓弧上，且和材料處于同一平面內(nèi)，形成軸對(duì)稱。
所述粘貼的光纖穩(wěn)定后，用另一根光纖在磁致伸縮材料的另一個(gè)表面重復(fù)步驟4， 只是光纖的粘貼方向(垂直于磁致伸縮材料的伸縮方向)要和前一面的光纖粘貼方向 垂直，即兩根光纖在兩個(gè)表面是正交網(wǎng)狀粘貼步驟5實(shí)施過(guò)程為a、下一個(gè)粘貼面的 光纖粘貼要和上一個(gè)面的粘貼形式相同，但是光纖的輸出輸入端口和上一個(gè)面的輸出輸入端在材料上的位置一一對(duì)應(yīng)，在材料的同一個(gè)角；b、沿伸在材料外部未粘貼的光纖與上個(gè)面的延伸光纖置于同一弧形上組成一個(gè)圓形，保持結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性；C、在光纖的輸入輸出四個(gè)端口可都接上跳線方便使用。即完成了設(shè)計(jì)，得到了光纖電流傳感器的傳感頭。
實(shí)施例2
所述光纖電流傳感器傳感頭的設(shè)計(jì)裝置步驟為1、選取邊長(zhǎng)為1.5cm的正方形的磁致伸縮材料，厚度1.5mm; 2、將磁致伸縮材料的上下兩表面進(jìn)行平整光潔；3、截 取兩根同種等長(zhǎng)的單模光纖3m，將其用酒精擦洗干凈；4、將準(zhǔn)備好的黏膠均勻涂到磁致伸縮材料的一個(gè)表面，將其中一根光纖31匝環(huán)繞對(duì)稱粘貼在材料一個(gè)表面上，待其凝結(jié)；5、步驟4中粘貼的光纖穩(wěn)定后，用另一根光纖在磁致伸縮材料的另一個(gè)表面重復(fù)步驟4，只是光纖的粘貼方向要和前一面光纖的粘貼方向垂直，即兩根光纖在兩 個(gè)表面是正交網(wǎng)狀粘貼。
所述選取邊長(zhǎng)為1.5cm的正方形的磁致伸縮材料，厚度lmm的步驟1，它包含以下步驟a、選取的磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)和線性工作區(qū)間須滿足測(cè)量要求，用超 磁致伸縮材料Tb(u。Dy,FeL95，工作的磁場(chǎng)線形區(qū)間為20毫特一100毫特，尺度為15mmxl5mmxlmm; b、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向與正方形一邊平行，與另一個(gè)方向的邊垂直。
所述將磁致伸縮材料的上下兩表面進(jìn)行平整光潔步驟2，它的實(shí)施過(guò)程為在磁致伸縮材料的上下表面噴上脫脂液，擦拭干凈。然后用加有水基酸表面清潔液的1000號(hào)砂紙仔細(xì)打磨。最后再用堿性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細(xì)沙粒。
所述截取同種等長(zhǎng)的保偏光纖，將其用酒精擦洗干凈步驟3，它的實(shí)施過(guò)程為 a、選用溫度特性均勻低損耗的單模包偏光纖；b、光纖是適用于所用光波波段傳輸?shù)墓饫w，所用光源波長(zhǎng)為1550nm的紅外激光；c、截取的兩根同種光纖長(zhǎng)度都為3米。
所述將準(zhǔn)備好的黏膠均勻涂到磁致伸縮材料的一個(gè)表面，將其中一根光纖多距環(huán) 繞對(duì)稱粘貼在材料一個(gè)表面上待其凝結(jié)步驟4，實(shí)施過(guò)程為a、選用熱膨脹小，凝固強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易老化變質(zhì)的黏膠AB膠；b、黏膠均勻的涂在平整光潔后的磁致伸縮材料表面；c、光纖環(huán)繞粘貼磁致伸縮材料表面時(shí)，粘貼匝數(shù)為30距，粘貼在 材料上的光纖段與材料的一邊(磁致伸縮材料的伸縮方向)平行，光纖間均勻、緊湊 且布滿材料表面。沿伸在材料外部未粘貼在材料上的環(huán)繞光纖為30匝，按匝數(shù)對(duì)等分成各15匝的兩束對(duì)稱分布于材料兩側(cè)，兩側(cè)光纖束分別緊攏在一起，用包皮包裹，處 于同一圓弧上，且和材料處于同一平面內(nèi)，形成軸對(duì)稱。
所述粘貼的光纖穩(wěn)定后，用另一根光纖在磁致伸縮材料的另一個(gè)表面重復(fù)步驟4， 只是光纖的粘貼方向(垂直于磁致伸縮材料的伸縮方向)要和前一面的光纖粘貼方向垂直，即兩根光纖在兩個(gè)表面是正交網(wǎng)狀粘貼步驟5實(shí)施過(guò)程為a、下一個(gè)粘貼面的 光纖粘貼要和上一個(gè)面的粘貼形式相同，但是光纖的輸出輸入端口和上一個(gè)面的輸出 輸入端在材料上的位置一一對(duì)應(yīng)，在材料的同一個(gè)角；b、沿伸在材料外部未粘貼的光 纖與上個(gè)面的延伸光纖置于同一弧形上組成一個(gè)圓形，保持結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性；C、光纖的輸入輸出四個(gè)端口可兩兩對(duì)應(yīng)(入口對(duì)入口，出口對(duì)出口)用環(huán)行器耦合進(jìn)一根光纖， 這樣結(jié)構(gòu)更加對(duì)稱，只是要選擇另選末端解調(diào)方法。
實(shí)施例3
所述光纖電流傳感器傳感頭的設(shè)計(jì)裝置步驟為1、取兩塊邊長(zhǎng)為lcm的正方形的磁致伸縮材料，厚度imm; 2、分別將兩塊磁致伸縮材料的上下兩表面進(jìn)行平整光潔；3、截取兩根同種等長(zhǎng)的單模光纖2m，將其用酒精擦洗干凈；4、將準(zhǔn)備好的黏膠 均勻涂到一塊磁致伸縮材料的一個(gè)表面，將其中一根光纖41匝環(huán)繞延材料磁致伸縮方
向?qū)ΨQ粘貼在材料一個(gè)表面上，待其凝結(jié)；5、用另一根光纖在另一塊磁致伸縮材料的 一個(gè)表面重復(fù)步驟4 。
所述選取邊長(zhǎng)為lcm的正方形的磁致伸縮材料，厚度lmm的步驟1，它包含以下 步驟a、選取的磁致伸縮材料磁致伸縮系數(shù)和線性工作區(qū)間須滿足測(cè)量要求，用超磁 致伸縮材料Tbo.3()Dyo.7()FeL95，工作的磁場(chǎng)線形區(qū)間為20毫特一100毫特，尺度為 10mmxl0mmxlmm; b、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向與正方形一邊平行，與另一方 向的邊垂直。
所述將磁致伸縮材料的上下兩表面進(jìn)行平整光潔步驟2，它的實(shí)施過(guò)程為在磁 致伸縮材料的上下表面噴上脫脂液，擦拭干凈。然后用加有水基酸表面清潔液的1000 號(hào)砂紙仔細(xì)打磨。最后再用堿性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細(xì)沙粒。
所述截取同種等長(zhǎng)的光纖2m，將其用酒精擦洗干凈步驟3，它的實(shí)施過(guò)程為 a、選用溫度特性均勻低損耗的單模光；b、光纖是適用于所用光波波段傳輸?shù)墓饫w， 所用光源波長(zhǎng)為632.8nm氦氖激光。
所述將準(zhǔn)備好的黏膠均勻涂到一塊磁致伸縮材料的一個(gè)表面，將其中一根光纖41 匝環(huán)繞延材料磁致伸縮方向?qū)ΨQ粘貼在材料一個(gè)表面上，待其凝結(jié)步驟4，實(shí)施過(guò)程 為a、選用熱膨脹小，凝固強(qiáng)度大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易老化變質(zhì)的黏膠AB膠；b、黏 膠均勻的涂在平整光潔后的磁致伸縮材料表面；c、光纖環(huán)繞粘貼磁致伸縮材料表面時(shí)， 粘貼匝數(shù)為41匝，粘貼在材料上的光纖段與材料的一邊(磁致伸縮材料的伸縮方向) 平行，光纖間均勻、緊湊且布滿材料表面。沿伸在材料外部未粘貼在材料上的環(huán)繞光 纖為40匝，按匝數(shù)對(duì)等分成各20匝的兩束對(duì)稱分布于材料兩側(cè)，兩側(cè)光纖束分別緊 攏在一起，用包皮包裹，處于同一圓弧上，且和材料處于同一平面內(nèi)，形成軸對(duì)稱。
所述粘貼的光纖穩(wěn)定后，用另一根光纖在另一個(gè)磁致伸縮材料的一個(gè)表面重復(fù)步
驟4實(shí)施過(guò)程為a、光纖也延材料的磁致伸縮方向，但是兩塊材料要按光纖相互垂直 的方向疊放，兩塊材料的光纖輸入輸出端口仍保持位置一一對(duì)應(yīng)，在同一個(gè)角方向；b、 兩塊材料上沿伸在外部未粘貼的光纖置于同一弧形上組成一個(gè)圓形，保持結(jié)構(gòu)的對(duì)稱 性；C、在光纖的輸入輸出四個(gè)端口可都接上跳線方便使用。即完成了設(shè)計(jì)，得到了光 纖電流傳感器的傳感頭。
本實(shí)用新型基于馬赫曾德干涉原理，用兩根同種等長(zhǎng)單模光纖作為馬赫增德干涉 儀的兩個(gè)臂，將兩根光纖成正交網(wǎng)狀分別粘貼在正方形磁致伸縮材料的上下表面，形 成完全對(duì)稱的兩臂，該結(jié)構(gòu)使粘貼在磁致伸縮材料上的光纖各點(diǎn)都得到了溫度和振動(dòng) 補(bǔ)償，使干涉儀兩臂處于同一種環(huán)境中，利用電流的磁效應(yīng)和磁致伸縮材料單方向上 的磁滯伸縮效應(yīng)，使得粘貼在磁致伸縮材料上作為測(cè)量臂的光纖產(chǎn)生應(yīng)變，再利用電 流、磁場(chǎng)及磁致伸縮材料的伸縮量之間數(shù)學(xué)上的線性關(guān)系達(dá)到測(cè)量電流的目的。
權(quán)利要求1.一種光纖電流傳感器的傳感頭，其特征在于兩根同種等長(zhǎng)的單模光纖以多匝環(huán)繞方式對(duì)稱固定在一個(gè)正方形的磁致伸縮材料的上下表面上，環(huán)繞方向相互垂直，兩個(gè)表面呈現(xiàn)正交網(wǎng)狀；所述的多匝環(huán)繞方式為光纖從正方形的磁致伸縮材料邊沿平行于邊開(kāi)始第一匝，下一匝回環(huán)過(guò)來(lái)平行于上一匝沿材料從外到里繼續(xù)環(huán)繞，依次重復(fù)到正方形的磁致伸縮材料的中間后，光纖的回環(huán)方向改向另一側(cè)，從正方形的磁致伸縮材料中間依次往邊沿環(huán)繞與上半部形成對(duì)稱環(huán)繞方式；所述的光纖環(huán)繞匝數(shù)在磁致伸縮材料表面時(shí)為奇數(shù)匝，沿伸在正方形的磁致伸縮材料外部的環(huán)繞光纖匝數(shù)為偶數(shù)匝；所述單模光纖的輸出輸入端口和上一個(gè)面的輸出輸入端在正方形的磁致伸縮材料上的位置一一對(duì)應(yīng)在材料的同一個(gè)角。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器的傳感頭，其特征在于所述的單模光纖多 匝環(huán)繞間距均勻，光纖匝束為5-100且布滿正方形的磁致伸縮材料表面。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的光纖電流傳感器的傳感頭，其特征在于所述的單模光 纖沿伸在材料外部的光纖與上個(gè)面的延伸光纖置于同一弧形上組成一個(gè)圓形，兩側(cè) 光纖束分別緊攏在一起，用包皮包裹，處于同一圓弧上，且和材料處于同一平面 內(nèi)，形成軸對(duì)稱。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖電流傳感器的傳感頭，其特征在于所述的正方形的 磁致伸縮材料的邊長(zhǎng)為l~5cm，厚度為l~3mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種光纖電流傳感器的傳感頭，技術(shù)特征在于兩根同種等長(zhǎng)的單模光纖以多匝環(huán)繞方式對(duì)稱固定在一個(gè)正方形的磁致伸縮材料的上下表面上，環(huán)繞方向相互垂直，兩個(gè)表面呈現(xiàn)正交網(wǎng)狀；所述的光纖環(huán)繞匝數(shù)在磁致伸縮材料表面時(shí)為奇數(shù)匝，沿伸在正方形的磁致伸縮材料外部的環(huán)繞光纖匝數(shù)為偶數(shù)匝；所述單模光纖的輸出輸入端口和上一個(gè)面的輸出輸入端在正方形的磁致伸縮材料上的位置一一對(duì)應(yīng)在材料的同一個(gè)角。有益效果本裝置簡(jiǎn)單、小巧、易實(shí)現(xiàn)且成本非常低廉，有傳統(tǒng)電磁式傳感器無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)；最后該設(shè)計(jì)使得裝置在掛網(wǎng)運(yùn)行上方便、簡(jiǎn)單、易操作，且末端有成熟的馬赫曾德解調(diào)技術(shù)，易實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。
文檔編號(hào)G01R15/24GK201181308SQ20082002873
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年4月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月2日
發(fā)明者劉德峰, 周王民, 李文博, 魏光虎, 魏志武 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)