專利名稱：金屬化封裝的磁光傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬化封裝的磁光傳感器。
背景技術(shù)：
磁光傳感器是一種基于法拉第磁光效應(yīng)的新型磁場傳感器，它的基本工作 原理是 一束線偏振光通過置于磁場中的磁光玻璃后，線偏振光的方位角發(fā)生 偏轉(zhuǎn)，方位角偏轉(zhuǎn)的大小與沿光程方向的磁場分量的積分成正比。由此通過測 量線偏振光的偏轉(zhuǎn)角，可以計算出某一區(qū)域在某一方向的平均磁場強(qiáng)度的大?。?當(dāng)光程較短時，則可以反映出某一點在某一方向的磁場強(qiáng)度大小。如果配合磁 場收集裝置，則磁場收集裝置的輸出值能夠反映出建立起磁場的導(dǎo)體的通電電 流的大小。
磁光傳感器以其抗干擾能力強(qiáng)、體積小、重量輕、頻帶和動態(tài)范圍寬等優(yōu) 點，成為極具競爭力的新型磁場傳感器。但長期以來，磁光傳感器由于測量準(zhǔn) 確度低、性能穩(wěn)定性差和使用壽命短而未能得到廣泛的應(yīng)用，其主要原因在于 由溫度引起的應(yīng)力線性雙折射影響了磁光傳感器的測量準(zhǔn)確度；光路中粘接各 光學(xué)元件的光學(xué)膠由于受到溫度等環(huán)境因素的影響產(chǎn)生形變而導(dǎo)致磁光傳感器 的性能穩(wěn)定性差；光學(xué)膠的變性脫落導(dǎo)致其使用壽命縮短。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有磁光傳感器測量準(zhǔn)確度低、性能穩(wěn)定性差和 使用壽命短的問題，提出了一種金屬化封裝的磁光傳感器。
本發(fā)明包括第一光纖準(zhǔn)直器、偏振棱鏡、圓柱體光學(xué)傳感玻璃、偏振分束 棱鏡、第二光纖準(zhǔn)直器、金屬封裝筒、緩沖層和兩個金屬架，金屬封裝筒內(nèi)一 端具有第一方形槽并與偏振棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內(nèi)另一端具有第二方 形槽并與偏振分束棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內(nèi)兩個方形槽之間為圓形通孔 并與圓柱體光學(xué)傳感玻璃相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封裝筒具有相 重合的中心線，兩個方形槽之間具有繞中心線相對45度的轉(zhuǎn)角，圓柱體光學(xué)傳感玻璃的外表面與金屬封裝筒的內(nèi)壁之間設(shè)有緩沖層，金屬封裝筒的兩端分別 與一個金屬架相焊接，金屬架與金屬封裝筒的橫截面的外輪廓大小相等，金屬 架具有中心通孔，第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器分別與一個金屬架的中心 通孔相匹配并相互焊接固定。 本發(fā)明的優(yōu)點是
本發(fā)明中金屬封裝筒的封裝使得對于內(nèi)部的圓柱體光學(xué)傳感玻璃而言，各 個方向的熱常數(shù)相同，同時圓柱體光學(xué)傳感玻璃的各部分相對于中軸線為對稱 結(jié)構(gòu)，當(dāng)外圍溫度一致時，能保證各處的熱交換均衡而使各個方向的應(yīng)力一致 并使應(yīng)力降至最低，從而由于應(yīng)力不一致導(dǎo)致的應(yīng)力雙折射降至最低，使測量 的準(zhǔn)確度提高到0.2級;本發(fā)明中傳播光路上的元器件采用金屬封裝筒的內(nèi)部結(jié) 構(gòu)進(jìn)行固定，無膠粘接，使得傳播光路的光損失減小，并且避免了采用光學(xué)膠 粘接所造成的受溫度等環(huán)境因素的影響產(chǎn)生的形變，使磁光傳感器長期運行穩(wěn) 定性好；金屬封裝筒、金屬架和光纖準(zhǔn)直器相互之間采用焊接方式連接為整體， 與使用光學(xué)膠粘接的方式相比，由于光學(xué)膠受環(huán)境因素影響易脫落，本發(fā)明磁 光傳感器的使用壽命延長。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是橫截面的外輪廓為圓形的金屬封 裝筒的左視圖，圖3是橫截面的外輪廓為圓形的金屬架的左視圖，圖4是橫截 面的外輪廓為正方形的的金屬封裝筒左視圖，圖5是橫截面的外輪廓為正方形 的金屬架的左視圖，圖6本發(fā)明的原理圖。
具體實施例方式
具體實施方式
一下面結(jié)合圖1和圖6說明本實施方式，本實施方式包括
第一光纖準(zhǔn)直器l、偏振棱鏡2、圓柱體光學(xué)傳感玻璃3、偏振分束棱鏡4、第 二光纖準(zhǔn)直器5、金屬封裝筒6、緩沖層7和兩個金屬架8，金屬封裝筒6內(nèi)一 端具有第一方形槽并與偏振棱鏡2外形相匹配，金屬封裝筒6內(nèi)另一端具有第 二方形槽并與偏振分束棱鏡4外形相匹配，金屬封裝筒6內(nèi)兩個方形槽之間為 圓形通孔并與圓柱體光學(xué)傳感玻璃3相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封 裝筒6具有相重合的中心線，兩個方形槽之間具有繞中心線相對45度的轉(zhuǎn)角，圓柱體光學(xué)傳感玻璃3的外表面與金屬封裝筒6的內(nèi)壁之間設(shè)有緩沖層7，金屬 封裝筒6的兩端分別與一個金屬架8相焊接，金屬架8與金屬封裝筒6的橫截 面的外輪廓大小相等，金屬架8具有中心通孔，第一光纖準(zhǔn)直器1和第二光纖 準(zhǔn)直器5分別與一個金屬架8的中心通孔相匹配并相互焊接固定。
金屬架8與金屬封裝筒6焊接成一體，使磁光傳感器實現(xiàn)了在傳播光路上 的無膠粘接，依靠金屬之間的焊接點連接，提高了磁光傳感器的可靠性、穩(wěn)定 性和使用壽命；所述緩沖層7的作用是當(dāng)環(huán)境溫度變化時，對由圓柱體光學(xué)傳 感玻璃3與金屬封裝筒6的膨脹系數(shù)不同而引起的尺寸的微小變化起到緩沖的 作用，以避免熱脹冷縮產(chǎn)生的破壞作用；光纖準(zhǔn)直器通過其金屬外殼與金屬架 焊接固定，它的作用是對其傳輸?shù)墓馐M(jìn)行準(zhǔn)直，.使傳輸光最大效率的耦合進(jìn) 入所需的器件中。
對金屬封裝筒6的加工首先在金屬塊上加工一圓形通孔，通孔的直徑略 大于圓柱體光學(xué)傳感玻璃3的直徑；在金屬塊的一端加工第一方形槽，槽的深 度和大小與偏振棱鏡2的尺寸相配合；將金屬塊繞中心線旋轉(zhuǎn)45度，以同樣的
方式在金屬塊的另一端加工第二方形槽，與偏振分束棱鏡4的尺寸相配合；將
圓柱體光學(xué)傳感玻璃3及緩沖層7放入金屬封裝筒6的圓形通孔部分，再將偏 振棱鏡2和偏振分束棱鏡4分別置于金屬封裝筒6內(nèi)部兩端的兩個方形槽中， 并牢固粘接在槽中，由于金屬封裝筒6內(nèi)的兩個方形槽之間加工成相對旋轉(zhuǎn)45 度角，于是偏振棱鏡2和偏振分束棱鏡4之間也具有繞中心線相對45度的轉(zhuǎn)角， 這樣對線偏振光的檢測能夠獲得最大的靈敏度。
工作過程 一束自然光通過第一光纖準(zhǔn)直器1進(jìn)入偏振棱鏡2轉(zhuǎn)變?yōu)橐皇?線偏振光，線偏振光通過置于磁場中的圓柱體光學(xué)傳感玻璃3后，線偏振光的 偏振面發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生了法拉第旋轉(zhuǎn)角，發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后的線偏振光再通過偏 振分束棱鏡4進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器5。
偏振棱鏡2與偏振分束棱鏡4具有同樣的透振方向，當(dāng)二者繞中心線相對 旋轉(zhuǎn)45度，則其對光的透振方向產(chǎn)生了 45度的夾角，當(dāng)光線通過偏振棱鏡2 進(jìn)入到圓柱體光學(xué)傳感玻璃3中，在磁場的作用下，光線的振動方向繞中心線 發(fā)生偏轉(zhuǎn)，發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后的光線的振動方向與偏振棱鏡2的透振方向的夾角為法拉第旋轉(zhuǎn)角(P。對圓柱體光學(xué)傳感玻璃3輸出的線偏振光的檢測，只能通過 光強(qiáng)來反映法拉第旋轉(zhuǎn)角(P。根據(jù)馬呂斯定律，線偏振光通過偏振分束棱鏡4 后，其透射光強(qiáng)滿足 J。 = Ji cos2oc ，
其中，J,是輸入線偏振光的光強(qiáng)，oc是偏振棱鏡2與偏振分束棱鏡4之間繞 中心線相對的轉(zhuǎn)角，J。是通過偏振分束棱鏡4的光強(qiáng)，則通過圓柱體光學(xué)傳感
玻璃3和偏振分束棱鏡4的輸出光強(qiáng)為
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由此輸出光強(qiáng)對法拉第旋轉(zhuǎn)角的檢測靈敏度為-<formula>formula see original document page 6</formula>
通常法拉第旋轉(zhuǎn)角比較小，為獲取最大的靈敏度，令a-土45。，貝1」<formula>formula see original document page 6</formula>
可見，對線偏振光的檢測采用一只與偏振棱鏡2繞中軸線相對旋轉(zhuǎn)45度的 偏振分束棱鏡4，將獲得最大的靈敏度。
圖6所示，線條A代表光軸，B所示箭頭代表磁場方向，cp為法拉第旋轉(zhuǎn)角。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于它還包括第三 光纖準(zhǔn)直器10，所述金屬封裝筒6的側(cè)壁徑向具有定位孔9，定位孔9垂直于 第二方形槽的一個側(cè)面并與第二方形槽相通，定位孔9與第三光纖準(zhǔn)直器10相 匹配并相互焊接固定。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一相同。
利用激光焊接機(jī)將第一光纖準(zhǔn)直器1和第二光纖準(zhǔn)直器5的金屬外殼分別 焊接固定在一個金屬架8的中心通孔內(nèi)，第三光纖準(zhǔn)直器10的金屬外殼焊接固 定在定位孔9中；再將兩個金屬架8分別安裝在兩個光學(xué)微調(diào)架上，金屬封裝 筒6置于光學(xué)載物臺上并固定，調(diào)節(jié)光學(xué)微調(diào)架使整個磁光傳感器的光路系統(tǒng) 處于最優(yōu)的工作狀態(tài)，并固定下來，將兩個金屬架8與金屬封裝筒6焊接成一體。
設(shè)置第三光纖準(zhǔn)直器10,使發(fā)生偏轉(zhuǎn)之后的線偏振光通過偏振分束棱鏡4 后再進(jìn)入第二光纖準(zhǔn)直器5和第三光纖準(zhǔn)直器10，可以測量產(chǎn)生磁場的電流中 的直流信息。
由于偏振分束棱鏡4與偏振棱鏡2繞中軸線的轉(zhuǎn)角方位分別互呈+ 45。和 -45°，即偏振分束棱鏡4的兩個輸出方向的輸出光強(qiáng)L和J。2表達(dá)式分別表示
為
J0l =|ji(l + sin2(p); Jo2 =|乃(1 —sin2cp);
當(dāng)磁場中含有直流磁場信息，相應(yīng)的法拉第旋轉(zhuǎn)角(p中也含有直流磁場分 量，取偏振分束棱鏡4的兩個輸出方向的輸出光強(qiáng)，可以通過下面的公式準(zhǔn)確 計算出含有直流分量的法拉第旋轉(zhuǎn)角cp :
siii2(p= J。'—J。2 ;
法拉第旋轉(zhuǎn)角cp—般很小，于是有 sin 2cp = 2q> 。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一或二的不同之處在于所述金屬
封裝筒6的材質(zhì)為純度大于99%的鋁。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一或二的不同之處在于所述金屬 封裝筒6的材質(zhì)為不銹鋼。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一或二相同。
具體實施方式
五下面結(jié)合圖2~圖5說明本實施方式，本實施方式與實施 方式一或二的不同之處在于所述金屬封裝筒6與金屬架8的橫截面的外輪廓同
時為圓形或正方形。其它組成及連接關(guān)系與實施方式一或二相同。
金屬封裝筒6采用中軸線對稱的空心圓柱體或中 線近似對稱的空心長方 體結(jié)構(gòu)，其目的在于對內(nèi)部的圓柱體光學(xué)傳感玻璃3產(chǎn)生對稱的熱源，同時金屬封裝筒6由于是熱的良導(dǎo)體，即使外部溫度有差異，金屬封裝筒6的各部分 溫度仍然能夠很快保持一致。
具體實施方式
六下面結(jié)合圖2 圖5說明本實施方式，本實施方式與實施 方式三的不同之處在于所述金屬封裝筒6與金屬架8的橫截面的外輪廓同時為 圓形或正方形。其它組成及連接關(guān)系與實施方式三相同。
具體實施方式
七下面結(jié)合圖2~圖5說明本實施方式，本實施方式與實施 方式四的不同之處在于所述金屬封裝筒6與金屬架8的橫截面的外輪廓同時為 圓形或正方形。其它組成及連接關(guān)系與實施方式四相同。
本發(fā)明可以應(yīng)用在基于法拉第磁光效應(yīng)的磁光傳感器，也可以用于其它塊 狀結(jié)構(gòu)的光無源器件。
權(quán)利要求
1、一種金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于它包括第一光纖準(zhǔn)直器(1)、偏振棱鏡(2)、圓柱體光學(xué)傳感玻璃(3)、偏振分束棱鏡(4)、第二光纖準(zhǔn)直器(5)、金屬封裝筒(6)、緩沖層(7)和兩個金屬架(8)，金屬封裝筒(6)內(nèi)一端具有第一方形槽并與偏振棱鏡(2)外形相匹配，金屬封裝筒(6)內(nèi)另一端具有第二方形槽并與偏振分束棱鏡(4)外形相匹配，金屬封裝筒(6)內(nèi)兩個方形槽之間為圓形通孔并與圓柱體光學(xué)傳感玻璃(3)相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封裝筒(6)具有相重合的中心線，兩個方形槽之間具有繞中心線相對45度的轉(zhuǎn)角，圓柱體光學(xué)傳感玻璃(3)的外表面與金屬封裝筒(6)的內(nèi)壁之間設(shè)有緩沖層(7)，金屬封裝筒(6)的兩端分別與一個金屬架(8)相焊接，金屬架(8)與金屬封裝筒(6)的橫截面的外輪廓大小相等，金屬架(8)具有中心通孔，第一光纖準(zhǔn)直器(1)和第二光纖準(zhǔn)直器(5)分別與一個金屬架(8)的中心通孔相匹配并相互焊接固定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于它還包括 第三光纖準(zhǔn)直器(10)，所述金屬封裝筒(6)的側(cè)壁徑向具有定位孔(9)，定 位孔(9)垂直于第二方形槽的一個側(cè)面并與第二方形槽相通，定位孔(9)與 第三光纖準(zhǔn)直器(10)相匹配并相互焊接固定。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于所述 金屬封裝筒(6)的材質(zhì)為純度大于99%的鋁。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于所述 金屬封裝筒(6)的材質(zhì)為不銹鋼。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于所述 金屬封裝筒(6)與金屬架(8)的橫截面的外輪廓伺時為圓形或正方形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于所述金屬 封裝筒(6)與金屬架(8)的橫截面的外輪廓同時為圓形或正方形。
7、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于所述金屬 封裝筒(6)與金屬架(8)的橫截面的外輪廓同時為圓形或正方形。
全文摘要
金屬化封裝的磁光傳感器，涉及一種磁光傳感器。本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有磁光傳感器測量準(zhǔn)確度低、性能穩(wěn)定性差和使用壽命短的問題。本發(fā)明裝置金屬封裝筒內(nèi)一端具有第一方形槽并與偏振棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內(nèi)另一端具有第二方形槽并與偏振分束棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內(nèi)兩個方形槽之間為圓形通孔與圓柱體光學(xué)傳感玻璃相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封裝筒具有相重合的中心線，兩個方形槽具有繞中心線相對45度的轉(zhuǎn)角，圓柱體光學(xué)傳感玻璃與金屬封裝筒的內(nèi)壁之間設(shè)有緩沖層，金屬封裝筒的兩端分別焊接在一個金屬架上，第一光纖準(zhǔn)直器和第二光纖準(zhǔn)直器分別與一個金屬架的中心孔相匹配并相互焊接固定。本發(fā)明作為一種磁光傳感器。
文檔編號G01R33/032GK101598774SQ20091007249
公開日2009年12月9日 申請日期2009年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者于文斌, 孫如京, 張國慶, 王貴忠, 巖 申, 路忠峰, 郭志忠 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué);北京許繼電力光學(xué)技術(shù)有限公司