光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭的製作方法

2023-06-18 06:21:26

專利名稱：光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，屬於光纖傳感器 領域。
背景技術：
光纖電流傳感器是傳感器領域的一個重要研究方向。在電力工業中，要對輸電線路 的電壓、電流、功率等參數進行測試，但是傳統的電磁式傳感器面臨高壓、絕緣性能差 以及電磁幹擾等問題進行測量，給電學敏感元件帶來了危險，也使得測量系統的結構復 雜、成本高昂。為此，結構簡單、安全可靠、成本低廉的高壓電流傳感器成為研究熱點， 全光纖高壓電流傳感器具備這些優點，成為研究熱點之一。
目前光纖電流傳感器使用的測量方法主要有光的偏振態測量法、光的幹涉測量法和 波長調製測量法。光的偏振態測量主要基於法拉第磁光效應，使用磁光玻璃對光的偏振 態進行測量，是其中研究相對成熟的傳感器，已經有商品應用。但是受材料本身性質的 影響，其測量範圍和精度都受到限制，並且安裝困難。光的幹涉測量法主要是利用外場 改變相干光的光程差進行測量，主要有基於邁克耳遜幹涉儀的測量和基於馬赫增德幹涉 儀的測量。波長調製測量法是對光的波長進行測量從而獲取外場信號的測量方法，主要 有基於光纖光柵和法布裡一珀羅幹涉儀的測量，用到波長解調技術。這幾種傳感器雖然 理論上能滿足測量要求，但是外部環境溫度的變化會導致傳感頭的熱脹冷縮引起測量的 誤差，需要外加專門測量溫度的裝置獲取傳感頭的溫度，這給絕緣帶來了困難同時又引 入額外的誤差，所以這一直困擾著光纖電流傳感器的發展。
發明內容
要解決的技術問題為了避免現有技術的不足之處，本實用新型提出一種光纖光柵法布裡-珀羅電流傳 感器的傳感頭。 技術方案
本實用新型的基本思想是熱敏材料不受磁場作用只受到溫度作用發生形變，使粘 在其上的光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的柵長發生改變，引起光纖光柵法布裡-珀羅幹涉 儀的反射譜整體發生漂移；磁致伸縮材料同時受外磁場和溫度作用發生形變從而引起粘 貼在其上的光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的腔長發生改變從而改變反射譜中幹涉峰之間 的間距。將外場變化後反射譜中幹涉峰的波長值記錄並與外磁場為零和某溫度下反射譜 中的幹涉峰的波長值做參考，則可從光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的反射譜中同時獲取磁 場變化和溫度變化的信息，經處理計算，可分別得到外磁場強度的大小和溫度的變化量。
一種光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特徵在於在磁致伸縮材料2 的兩端設計熱敏材料1，將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀粘貼於上述磁致伸縮材料2與熱 敏材料1形成的結構件上；所述熱敏材料1的長度與光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的柵長 相等，所述磁致伸縮材料的長度與光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的腔長相等，且柵區對齊 熱敏材料l，腔區對齊磁致伸縮材料2。
所述的磁致伸縮材料2的邊長為10 40mm，寬為3-8mm，高為2 4mrn。
所述的熱敏材料1長為10 30mrn，寬高均與磁致伸縮材料相等。
所述的熱敏材料1為鋁塊或石英玻璃。
有益效果
本實用新型提出的光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，磁致伸縮材料改變 光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的腔長，熱敏材料改變光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的中心 反射波長，同時獲取傳感頭所處環境的溫度變化和被測電流產生的磁場強度變化的信息，通過計算去掉溫度的影響而得到被測電流的電流強度值，本方法能消除溫度變化對測量 結果的影響。

圖1是本實用新型一種光纖電流傳感器的傳感頭第一實施方式的結構示意圖； 圖中，1-熱敏材料(鋁塊)，2-磁致伸縮材料，3-光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀。 圖2是本實用新型一種光纖電流傳感器的傳感頭第二實施方式的結構示意圖 圖中，1-熱敏材料(石英玻璃)，2-磁致伸縮材料，3-光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀。
具體實施方式

現結合附圖對本實用新型作進一步描述 實施例1
請參閱圖l，其是本實用新型第一實施方式的結構示意圖。所述光纖電流傳感器傳
感頭包括鋁塊l，磁致伸縮材料2，光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀3。
所述光纖電流傳感器傳感頭的製作步驟為1.選取合適的光纖光柵法布裡-珀羅幹 涉儀測量其柵長及腔長並做標記；2.根據計算選取合適長度的磁致伸縮材料並將磁致伸 縮材料的上下兩表面及粘貼面進行平整光潔；3.根據計算選取合適長度的鋁塊並將鋁塊 的上表面及粘貼面進行平整光潔；4.將磁致伸縮材料及鋁塊按照鋁塊-磁致伸縮材料-鋁 塊的順序放置於玻璃板上並依次用膠粘結起來，保證其上表面處於同一水平面內；5.將 結構件上表面進行平整光潔；6.將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀準確粘貼在結構表面上， 使柵區對齊鋁塊，腔區對齊磁致伸縮材料。
所述選取合適的光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀測量其柵長及腔長並做標記的步驟1 ， 包含以下步驟a、選取反射率不高於30%,腔長不大於2cm,光柵中心的反射波長為 1550nm的光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀；b、所用光源為中心波長是1550nm的寬帶光源;c、將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀置於白色發光面板上，使透過光纖光柵法布裡-珀羅幹
涉儀的光散射的即為光柵區，標註光柵區並測量其長度。
所述根據測量結果選取合適長度的磁致伸縮材料並將磁致伸縮材料的上表面及粘 貼面進行平整光潔的步驟2:它的實施過程為a、選取的磁致伸縮材料磁致伸縮係數 和線性工作區間須滿足測量要求，用超磁致伸縮材料Tb(uoDy。.7FeL95，工作的磁場線 性區間為20毫特一100毫特;b、選取的磁致伸縮材料的長度等於光纖光柵法布裡-珀 羅幹涉儀的腔長，其大小為為20mmx8mmx4mm; c、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向必 須與長方體的長邊平行，與另一方向的邊垂直；d、在磁致伸縮材料的上下表面噴上脫 脂液，擦拭乾淨；e、然後用加有水基酸表面清潔液的IOOO號砂紙仔細打磨；f、最後 再用鹼性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細沙粒。
所述根據測量結果選取合適長度的鋁塊並將鋁塊的上表面及粘貼面進行平整光潔的 步驟3，它的實施過程為a、要求選取適當大小的鋁塊的長度等於光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的柵長，其大小為10mmx8mmx4mm。
所述將鋁塊的表面進行平整光潔的步驟3，它的實施過程為a、選取的鋁塊必須 純淨，不含雜質；b、在鋁塊的表面噴上脫脂液，擦拭乾淨；c、然後用加有水基酸表 面清潔液的1000號砂紙仔細打磨.；d、最後再用鹼性表面水基酸清潔液除去表面的酸 性清潔液和細沙粒。
所述將磁致伸縮材料及鋁塊順次用膠粘結起來的步驟4，它的實施過程為a、將磁 致伸縮材料及鋁塊按照鋁塊-磁致伸縮材料-鋁塊的順序放置於玻璃板上；b、在其端面塗 膠並將其粘結起來，保證其上表面處於同一水平面內。
將結構件上表面進行拋光的步驟5，它的實施過程為a、在結構件的表面噴上脫 脂液，擦拭乾淨；b、然後用加有水基酸表面清潔液的IOOO號砂紙仔細打磨；c、最後再用鹼性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細沙粒。
所述將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀粘貼在結構件的表面上步驟6，它的實施過程 為a、用熱膨脹小，凝固強度大，結構穩定，不易老化變質的黏膠；b、黏膠均勻的 塗在平整光潔後的磁致伸縮材料表面。
實施例2
請參閱圖3，其是本實用新型第二實施方式的結構示意圖。所述光纖電流傳感器傳 感頭包括石英玻璃l，磁致伸縮材料2，光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀3。
所述光纖電流傳感器傳感頭的製作步驟為1.選取合適的光纖光柵 去布裡-珀羅幹 涉儀測量其柵長及腔長並做標記；2.根據計算選取合適長度的磁致伸縮材料並將磁致伸 縮材料的上下兩表面及粘貼面進行平整光潔；3.根據計算選取合適長度的石英玻璃並將 石英玻璃的粘貼面進行平整光潔；4.將磁致伸縮材料及石英玻璃按照石英玻璃-磁致伸縮 材料-石英玻璃的順序放置於玻璃板上並依次用膠粘結起來，保證其上表面處於同一水平 面內；5.將結構件上表面進行平整光潔；6.將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀準確粘貼在結 構表面上，使柵區對齊石英玻璃，腔區對齊磁致伸縮材料。
所述選取合適的光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀測量其柵長及腔長並做標記的步驟1 ， 包含以下步驟a、選取反射率不高於30%，腔長不大於2cm,光柵中心的反射波長為 1550nm的光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀；b、所用光源為中心波長是1550nm的寬帶光源； c、將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀置於白色發光面板上，使透過光纖光柵法布裡-珀羅幹 涉儀的光散射的即為光柵區，標註光柵區並測量其長度。
所述根據測量結果選取合適長度的磁致伸縮材料並將磁致伸縮材料的上表面及粘 貼面進行平整光潔的步驟2:它的實施過程為a、選取的磁致伸縮材料磁致伸縮係數 和線性工作區間須滿足測量要求，用超磁致伸縮材料Tb。.3oDy。.7FeL95，工作的磁場線性區間為20毫特一100毫特；b、選取的磁致伸縮材料的長度等於光纖光柵法布裡-珀 羅幹涉儀的腔長，其大小為為20mmx8mmx4mm; c、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向必 須與長方體的長邊平行，與另一方向的邊垂直；d、在磁致伸縮材料的上表面噴上脫脂 液，擦拭乾淨；e、然後用加有水基酸表面清潔液的IOOO號砂紙仔細打磨；f、最後再 用鹼性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細沙粒。
所述根據測量結果選取合適長度的石英玻璃並將石英玻璃的上表面及粘貼面進行平 整光潔的步驟3，它的實施過程為a、選取的石英玻璃必須純淨，不含雜質，表面和 端面平整光滑；b、要求選取石英玻璃的長度等於光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的柵長， 其大小為10mmx8mmx4mm。
所述將磁致伸縮材料及石英玻璃順次用膠粘結起來的步驟4，它的實施過程為a、
將磁致伸縮材料及鋁塊按照石英玻璃-磁致伸縮材料-石英玻璃的順序放置於玻璃板上； b、在其端面塗膠並將其粘結起來，保證其上表面處於同一水平面內。
將結構件上表面進行拋光的步驟5，它的實施過程為a、在結構件的表面噴上脫 脂液，擦拭乾淨；b、然後用加有水基酸表面清潔液的IOOO號砂紙仔細打磨；c、最後 再用鹼性表面水基酸清潔液除去表面的酸性清潔液和細沙粒。
所述將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀粘貼在縛構件的表面上步驟6，它的實施過程 為a、用熱膨脹小，凝固強度大，結構穩定，不易老化變質的黏膠；b、黏膠均勻的
塗在平整光潔後的磁致伸縮材料表面。
權利要求1. 一種光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特徵在於在磁致伸縮材料(2)的兩端設計熱敏材料(1)，將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀粘貼於上述磁致伸縮材料(2)與熱敏材料(1)形成的結構件上；所述熱敏材料(1)的長度與光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的柵長相等，所述磁致伸縮材料的長度與光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的腔長相等，且柵區對齊熱敏材料(1)，腔區對齊磁致伸縮材料(2)。
2. 根據權利要求1所述的光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特徵在於所 述的磁致伸縮材料(2)的邊長為10~40mm，寬為3 8mrn，高為2 4rrim。
3. 根據權利要求1所述的光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特徵在於所 述的熱敏材料(1)長為10 30mm，寬高均與磁致伸縮材料相等。
4. 根據權利要求1所述的光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特徵在於所 述的熱敏材料(1)為鋁塊或石英玻璃。
專利摘要本實用新型涉及一種光纖光柵法布裡-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特徵在於在磁致伸縮材料2的兩端設計熱敏材料1，將光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀粘貼於上述磁致伸縮材料2與熱敏材料1形成的結構件上；所述熱敏材料1的長度與光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的柵長相等，所述磁致伸縮材料的長度與光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的腔長相等，且柵區對齊熱敏材料1，腔區對齊磁致伸縮材料2。磁致伸縮材料改變光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的腔長，熱敏材料改變光纖光柵法布裡-珀羅幹涉儀的中心反射波長，同時獲取傳感頭所處環境的溫度變化和被測電流產生的磁場強度變化的信息，通過計算去掉溫度的影響而得到被測電流的電流強度值。
文檔編號G01R19/00GK201226009SQ20082002966
公開日2009年4月22日 申請日期2008年7月17日 優先權日2008年7月17日
發明者周王民, 李文博, 衡 王, 露 陳, 魏光虎, 魏志武 申請人:西北工業大學