專利名稱：磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于光纖光柵傳感技術領域，具體涉及一種磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，特別適合于電力系統(tǒng)電流的測試計量。
技術背景隨著電力傳輸工業(yè)的進步和發(fā)展，電力系統(tǒng)的工作電壓日益增高，傳統(tǒng)的電流測量和電路防護技術存在很多技術弱點，研究和發(fā)展新型的電流測量技術已成為迫切的要求。傳統(tǒng)的電流測量普遍采用電磁感應式電流互感器，這類互感器存在著造價昂貴，體積龐大，安全系數(shù)低等缺點。與其相比，本實用新型提出的采用磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器具有明顯的優(yōu)越性(1)采用電絕緣介質作為敏感元件，與高壓線路隔離，絕緣性好，安全可靠(2)響應速度快，靈敏度高，線性關系好，穩(wěn)定性好(3)體積小，重量輕，易于安裝(4)有利于實現(xiàn)準分布式測量(5)有利于電力系統(tǒng)自動化水平的提高實用新型內容本實用新型的目的在于克服傳統(tǒng)電磁感應式電流互感器的缺點，提供一種測量精度高、響應速度快、線性關系好、安全性高的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器。本實用新型將超磁致伸縮材料與光纖光柵合理的結合，利用電流產(chǎn)生的磁場對超磁致伸縮材料的作用調制光纖光柵，通過檢測光纖光柵反射波長的漂移確定待測待電流。
為達到上述目的，本實用新型采用的解決方案是在殼體內設置有超磁致伸縮材料制成的超磁致伸縮棒。超磁致伸縮材料在磁場作用下，其長度會隨磁場的變化發(fā)生伸長或縮短的現(xiàn)象。其伸縮量比傳統(tǒng)的鐵、鈷、鎳等磁致伸縮材料的伸縮量大幾十到一百倍。同時具有響應速度快(在微秒量級)，機械性能好等優(yōu)點。
采用光纖光柵作為敏感元件。光信號經(jīng)傳輸光纖到達光纖光柵，由于光纖光柵的波長選擇特性，當某一入射波長滿足反射條件時，該波長的光被耦合為反向傳輸模，并沿傳輸光纖反射回來，被光譜分析儀器檢測。如果光纖光柵受到應力作用，產(chǎn)生軸向應變時，其反射條件發(fā)生變化，就會引起反射波長的移動。將光纖光柵粘接固定在超磁致伸縮材料上，當超磁致伸縮材料伸長或者縮短時，使光纖光柵感受應力作用，從而引起傳感信號的變化。
本實用新型一種橫向磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其特征在于，其中包括一殼體，該殼體為一矩形密封箱體；一內置電纜，該內置電纜容置在殼體內的縱向位置的中間；
兩電纜接口，該兩電纜接口固定在殼體的兩端，該兩電纜接口分別與殼體內的內置電纜的兩端連接。
兩導磁軛鐵，該兩導磁軛鐵為矩形片體；兩超磁致伸縮片，該超磁致伸縮片為矩形片體，該兩超磁致伸縮片與兩導磁軛鐵圍組在內置電纜上，形成一方形筒體，該兩超磁致伸縮片與兩導磁軛鐵為交錯排列；兩蝶型彈簧，該兩蝶型彈簧分別容置殼體與兩導磁軛鐵之間并低頂住兩導磁軛鐵；一第一光纖光柵，該第一光纖光柵的兩端用膠固定在一超磁致伸縮片的一側；一第二光纖光柵，該第二光纖光柵的一端與第一光纖光柵的一端連接，該第二光纖光柵的一端部伸出于殼體之外。
本實用新型提出的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器具有體積小，響應速度快，檢測精度高等優(yōu)點。同時由于利用了光纖傳輸線路，易于鋪設分布式傳感網(wǎng)絡，便于實現(xiàn)在線實時測量。


為進一步說明本實用新型的技術內容，以下結合實施例及附圖對本實用新型作進一步的詳細說明，其中圖1為本實用新型結構示意圖；圖2為圖1中A-A向剖視圖。
具體實施方式
參閱圖1及圖2，為本實用新型的實施例本實用新型一種橫向磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其特征在于，其中包括一殼體9，該殼體9為一矩形密封箱體；一內置電纜5，該內置電纜5容置在殼體9內的縱向位置的中間，該內置電纜5的兩端低頂該殼體9的兩端壁上；兩導磁軛鐵6，該兩導磁軛鐵6為矩形片體；兩超磁致伸縮片2，該超磁致伸縮片2為矩形片體，該兩超磁致伸縮片2與兩導磁軛鐵6圍組在內置電纜5上，形成一方形筒體，該兩超磁致伸縮片2與兩導磁軛鐵6為交錯排列；兩蝶型彈簧8，該兩蝶型彈簧8分別容置殼體9與兩導磁軛鐵6之間并低頂住兩導磁軛鐵6；一第一光纖光柵3，該第一光纖光柵3的兩端用膠固定在一超磁致伸縮片2的一側；一第二光纖光柵4，該第二光纖光柵4的一端與第一光纖光柵3的一端連接，該第二光纖光柵4的一端部伸出于殼體9之外；兩電纜接口2，該兩電纜接口2固定在殼體9的兩端，該兩電纜接口2分別與殼體9內的內置電纜5的兩端連接。
其中殼體9為密封結構，在殼體9內安裝有感應電纜5，通過電纜接口2可以方便地接入電力傳輸線路中。
通過預緊蝶型彈簧8將壓力由導磁軛鐵6傳遞到兩超磁致伸縮片2上，使超磁致伸縮片2受到預應力作用，從而使其磁致伸縮性能產(chǎn)生“跳躍效應”，即在低磁場中磁致伸縮系數(shù)大大提高。
采用兩片片狀超磁致伸縮材料2，和兩片導磁軛鐵6組成閉合磁路。在超磁致伸縮片2和導磁軛鐵片6交錯圍組成的矩形筒內置有電纜5，通過電路接口1與外部電路接通。光纖光柵3直接用粘膠7粘結固定在超磁致伸縮片2上，另串聯(lián)一光纖光柵4做溫度補償，并通過傳輸光纖延伸至殼體外。
本實用新型的具體工作原理如下本實用新型實施例中，整個裝置可以通過電路接口1接入電力系統(tǒng)的傳輸線路。當傳輸線路中的電流信號發(fā)生變化時，電纜5周圍感生出的磁場也隨著電流信號發(fā)生變化。超磁致伸縮片2就會隨著周圍磁場的的變化伸長或縮短，從而帶動粘結固定在其上的光纖光柵3伸長或縮短。這樣光纖光柵3在受到拉應力或者壓應力的作用后，產(chǎn)生軸向應變，引起其反射波長的漂移。通過檢測其反射波長的移動，可以確定電流信號的變化。
考慮到光纖光柵同時對溫度和應變敏感，因此當溫度和應變同時發(fā)生變化時，僅測量單個光柵的波長變化將無法區(qū)分出由溫度和應變分別引起的反射波長變化，從而引入了測量誤差。為克服這一影響，本實施例中在同一傳輸線路上串聯(lián)另一光纖光柵4，其一端與光纖光柵3相連，一端延伸至殼體外。由于光纖光柵4不受應力的作用，而只對溫度敏感，所以其反射波長的漂移恰恰反映了殼體內溫度的變化。但是由于光纖光柵3粘結在超磁致伸縮材料片上，該材料的熱脹冷縮效應會引起其溫度靈敏度產(chǎn)生微小變化，從而與光纖光柵4的溫度靈敏度有所不同。通過預先修正兩者的溫度靈敏度，并測量兩者反射波長的差異，就可以對由溫度引起的測量誤差進行補償。
從上面的描述中可以清楚地看出，本實用新型提出的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器具有體積小，響應速度快，檢測精度高等優(yōu)點。同時由于利用了光纖傳輸線路，易于鋪設分布式傳感網(wǎng)絡，便于實現(xiàn)在線實時測量。
雖然參照上述實施例詳細地描述了本發(fā)明，但是應該理解本發(fā)明并不限于所公開的實施例，對于本專業(yè)領域的技術人員來說，可對其形式和細節(jié)進行各種改變。本發(fā)明意欲涵蓋所附權力要求書的精神和范圍內的各種變型。
權利要求1.一種橫向磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其特征在于，其中包括一殼體，該殼體為一矩形密封箱體；一內置電纜，該內置電纜容置在殼體內的縱向位置的中間；兩電纜接口，該兩電纜接口固定在殼體的兩端，該兩電纜接口分別與殼體內的內置電纜的兩端連接；兩導磁軛鐵，該兩導磁軛鐵為矩形片體；兩超磁致伸縮片，該超磁致伸縮片為矩形片體，該兩超磁致伸縮片與兩導磁軛鐵圍組在內置電纜上，形成一方形筒體，該兩超磁致伸縮片與兩導磁軛鐵為交錯排列；兩蝶型彈簧，該兩蝶型彈簧分別容置殼體與兩導磁軛鐵之間并低頂住兩導磁軛鐵；一第一光纖光柵，該第一光纖光柵的兩端用膠固定在一超磁致伸縮片的一側；一第二光纖光柵，該第二光纖光柵的一端與第一光纖光柵的一端連接，該第二光纖光柵的一端部伸出于殼體之外。
專利摘要一種橫向磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，包括一殼體為一矩形密封箱體；一內置電纜容置在殼體內的縱向位置的中間；兩電纜接口固定在殼體的兩端，該兩電纜接口分別與殼體內的內置電纜的兩端連接；兩導磁軛鐵為矩形片體；兩超磁致伸縮片為矩形片體，該兩超磁致伸縮片與兩導磁軛鐵圍組在內置電纜上，形成一方形筒體，該兩超磁致伸縮片與兩導磁軛鐵為交錯排列；兩蝶型彈簧分別容置殼體與兩導磁軛鐵之間并低頂住兩導磁軛鐵；一第一光纖光柵，其兩端用膠固定在一超磁致伸縮片的一側；一第二光纖光柵，其一端與第一光纖光柵的一端連接，該第二光纖光柵的一端部伸出于殼體之外。
文檔編號G01R15/14GK2646717SQ0327587
公開日2004年10月6日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權日2003年8月1日
發(fā)明者田珂珂, 劉育梁 申請人:中國科學院半導體研究所