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(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于光纖光柵傳感技術(shù)領(lǐng)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(jì)量。
技術(shù)背景隨著電力傳輸工業(yè)的進(jìn)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(hù)技術(shù)存在很多技術(shù)弱點(diǎn)，研究和發(fā)展新型的電流測量技術(shù)已成為迫切的要求。傳統(tǒng)的電流測量普遍采用電磁感應(yīng)式電流互感器，這類互感器存在著造價(jià)昂貴，體積龐大，安全系數(shù)低等缺點(diǎn)。與其相比，本實(shí)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(zhì)作為敏感元件，與高壓線路隔離，絕緣性好，安全可靠(2)響應(yīng)速度快，靈敏度高，線性關(guān)系好，穩(wěn)定性好(3)體積小，重量輕，易于安裝(4)有利于實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)分布式測量(5)有利于電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的提高實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服傳統(tǒng)電磁感應(yīng)式電流互感器的缺點(diǎn)，提供一種測量精度高、響應(yīng)速度快、線性關(guān)系好、安全性高的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器。本實(shí)用新型將超磁致伸縮材料與光纖光柵合理的結(jié)合，利用電流產(chǎn)生的磁場對超磁致伸縮材料的作用調(diào)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(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的解決方案是本實(shí)用新型一種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，該殼體為一圓筒狀；兩軸桿，該兩軸桿的一端分別固定在殼體內(nèi)的圓心的上下兩側(cè)，在兩軸桿上纏繞有感應(yīng)線圈；兩導(dǎo)磁軛鐵，一導(dǎo)磁軛鐵套置在兩軸桿的一端，另一導(dǎo)磁軛鐵扣置在兩軸桿的另一端；一超磁致伸縮管，該超磁致伸縮管縱向夾置在兩導(dǎo)磁軛鐵之間；一光柵，該光柵容置在超磁致伸縮管的中間，該光柵的一端穿過一導(dǎo)磁軛鐵而伸出于殼體之外；兩電路接口，該兩電路接口固定在殼體的一端，該兩電路接口分別與兩軸桿上纏繞的感應(yīng)線圈連接。
其中在一導(dǎo)磁軛鐵與殼體內(nèi)端壁之間放置有一蝶型彈簧。
其中在殼體另一側(cè)的端壁上螺接有兩個(gè)螺絲，該兩個(gè)螺絲穿過殼體的端壁而頂住另一導(dǎo)磁軛鐵。
其中所述的光柵包括，一端柱，該端柱為圓管體，且該柱體的中部為凸出的圓盤狀；一底托，該底托為圓柱體，其徑向斷面為一丁字形；在端柱、底托之間用膠粘接有一光纖光柵；在端柱的一端用膠粘接有一光纖光柵，該光纖光柵的一端光纖伸出于端柱外。
采用光纖光柵作為敏感元件。光信號(hào)經(jīng)傳輸光纖到達(dá)光纖光柵，由于光纖光柵的波長選擇特性，當(dāng)某一入射波長滿足反射條件時(shí)，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(yīng)力作用，產(chǎn)生軸向應(yīng)變時(shí)，其反射條件發(fā)生變化，就會(huì)引起反射波長的移動(dòng)。將光纖光柵粘接固定在超磁致伸縮材料上，當(dāng)超磁致伸縮材料伸長或者縮短時(shí)，使光纖光柵感受應(yīng)力作用，從而引起傳感信號(hào)的變化。
本實(shí)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(yīng)速度快，檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于利用了光纖傳輸線路，易于鋪設(shè)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，便于實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測量。


為進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，其中圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為圖1中的T字形鋼片封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
參閱圖1及圖2，本實(shí)用新型一種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為一圓筒狀；兩軸桿10，該兩軸桿10的一端分別固定在殼體9內(nèi)的圓心的上下兩側(cè)，在兩軸桿10上纏繞有感應(yīng)線圈5；兩導(dǎo)磁軛鐵6，一導(dǎo)磁軛鐵6套置在兩軸桿10的一端，另一導(dǎo)磁軛鐵6扣置在兩軸桿10的另一端，其中在一導(dǎo)磁軛鐵6與殼體9內(nèi)端壁之間放置有一蝶型彈簧8，在殼體9另一側(cè)的端壁上螺接有兩個(gè)螺絲7，該兩個(gè)螺絲7穿過殼體9的端壁而頂住另一導(dǎo)磁軛鐵6；一超磁致伸縮管4，該超磁致伸縮管4縱向夾置在兩導(dǎo)磁軛鐵6之間；一光柵3，該光柵3容置在超磁致伸縮管4的中間，該光柵3的一端穿過一導(dǎo)磁軛鐵6而伸出于殼體9之外，所述的光柵3包括，一端柱33，該端柱33為圓管體，且該柱體的中部為凸出的圓盤狀；一底托32，該底托32為圓柱體，其徑向斷面為一丁字形；在端柱33、底托32之間用膠31粘接有一光纖光柵30；在端柱33的一端用膠31粘接有一光纖光柵34，該光纖光柵34的一端光纖1伸出于端柱33外；兩電路接口2，該兩電路接口2固定在殼體9的一端，該兩電路接口2分別與兩軸桿10上纏繞的感應(yīng)線圈5連接。
該殼體9為密封結(jié)構(gòu)，在殼體9內(nèi)安裝有感應(yīng)線圈5，通過電路接口2可以方便地接入電力傳輸線路中。
T字形鋼片封裝的溫度自補(bǔ)償光纖光柵3與超磁致伸縮管4緊密粘接，并安裝在兩導(dǎo)磁軛鐵6中間。導(dǎo)磁軛鐵6通過螺栓7與殼體9連接，當(dāng)螺栓7旋緊時(shí)，通過蝶型彈簧8將壓力傳遞到超磁致伸縮管4上，使超磁致伸縮管4受到預(yù)應(yīng)力作用，從而使磁致伸縮性能產(chǎn)生“跳躍效應(yīng)”。
在超磁致伸縮管4的上置有感應(yīng)線圈5，通過電路接口2與外部電路接通，并通過導(dǎo)磁軛鐵6與超磁致伸縮管4構(gòu)成閉合磁路。
T字形鋼片封裝結(jié)構(gòu)包括一管狀鋼片32和一圓形鋼片33，并在圓形鋼片33上預(yù)留小孔，以方便光纖光柵的布設(shè)。傳感用光纖光柵30的兩端用粘膠31固定粘接在管狀鋼片32的末端，溫度補(bǔ)償用光纖光柵34和傳感用光纖光柵30通過同一傳輸光纖1延伸至殼體外。
本實(shí)用新型的具體工作原理如下本實(shí)用新型實(shí)施例中，整個(gè)裝置可以通過電路接口2接入電力系統(tǒng)的傳輸線路。當(dāng)傳輸線路中的電流信號(hào)發(fā)生變化時(shí)，感應(yīng)線圈5周圍感生出的磁場也隨著電流信號(hào)發(fā)生變化。超磁致伸縮管4就會(huì)隨著周圍磁場的的變化在軸向上伸長或縮短，從而帶動(dòng)固定在T字形鋼片上的光纖光柵33伸長或縮短。這樣光纖光柵33在受到拉應(yīng)力或者壓應(yīng)力的作用后，產(chǎn)生軸向應(yīng)變，引起其反射波長的漂移。通過檢測其反射波長的移動(dòng)，可以確定電流信號(hào)的變化。
由于超磁致伸縮材料的磁致伸縮系數(shù)一般在1.5-2.0×10-3量級，所以其應(yīng)變量較小。因而光纖光柵反射波長的漂移量很小，降低了檢測靈敏度。為了克服這一困難，本實(shí)用新型采用T字形封裝的傳感頭結(jié)構(gòu)。如果超磁致伸縮管5長為L，兩T字形粘結(jié)點(diǎn)31之間長度為l，則在相同大小的電流下，光纖光柵30的應(yīng)變量提高 倍，從而使波長漂移量提高 倍，大大提高檢測靈敏度。同時(shí)整個(gè)傳感器結(jié)構(gòu)置于超磁致伸縮管內(nèi)，有效地保護(hù)了光纖光柵傳感器。
本實(shí)施例中的感應(yīng)線圈5會(huì)產(chǎn)生熱量，引起溫度的變化；同時(shí)環(huán)境溫度也會(huì)變化。考慮到光纖光柵同時(shí)對溫度和應(yīng)變敏感，因此當(dāng)溫度和應(yīng)變同時(shí)發(fā)生變化時(shí)，僅測量單個(gè)光柵的波長變化將無法區(qū)分出由溫度和應(yīng)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(shí)施例中在同一傳輸線路上串聯(lián)另一光纖光柵34，位于T字形鋼片的管狀鋼片中。由于光纖光柵34不受應(yīng)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(nèi)溫度的變化。通過修正光纖光柵30和光纖光柵34的溫度靈敏度，并測量二者反射波長的差異，就可以對由溫度引起的測量誤差進(jìn)行補(bǔ)償。
從上面的描述中可以清楚地看出，本實(shí)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(yīng)速度快，檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)由于利用了光纖傳輸線路，易于鋪設(shè)分布式傳感網(wǎng)絡(luò)，便于實(shí)現(xiàn)在線實(shí)時(shí)測量。
雖然參照上述實(shí)施例詳細(xì)地描述了本實(shí)用新型，但是應(yīng)該理解本實(shí)用新型并不限于所公開的實(shí)施例，對于本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，可對其形式和細(xì)節(jié)進(jìn)行各種改變。本實(shí)用新型意欲涵蓋所附權(quán)利要求書的精神和范圍內(nèi)的各種變型。
權(quán)利要求1.一種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，該殼體為一圓筒狀；兩軸桿，該兩軸桿的一端分別固定在殼體內(nèi)的圓心的上下兩側(cè)，在兩軸桿上纏繞有感應(yīng)線圈；兩導(dǎo)磁軛鐵，一導(dǎo)磁軛鐵套置在兩軸桿的一端，另一導(dǎo)磁軛鐵扣置在兩軸桿的另一端；一超磁致伸縮管，該超磁致伸縮管縱向夾置在兩導(dǎo)磁軛鐵之間；一光柵，該光柵容置在超磁致伸縮管的中間，該光柵的一端穿過一導(dǎo)磁軛鐵而伸出于殼體之外；兩電路接口，該兩電路接口固定在殼體的一端，該兩電路接口分別與兩軸桿上纏繞的感應(yīng)線圈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其特征在于，其中在一導(dǎo)磁軛鐵與殼體內(nèi)端壁之間放置有一蝶型彈簧。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其特征在于，其中在殼體另一側(cè)的端壁上螺接有兩個(gè)螺絲，該兩個(gè)螺絲穿過殼體的端壁而頂住另一導(dǎo)磁軛鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其特征在于，其中所述的光柵包括，一端柱，該端柱為圓管體，且該柱體的中部為凸出的圓盤狀；一底托，該底托為圓柱體，其徑向斷面為一丁字形；在端柱、底托之間用膠粘接有一光纖光柵；在端柱的一端用膠粘接有一光纖光柵，該光纖光柵的一端光纖伸出于端柱外。
專利摘要本實(shí)用新型一種磁致伸縮式光纖光柵電流傳感器，其中包括一殼體，該殼體為一圓筒狀；兩軸桿，該兩軸桿的一端分別固定在殼體內(nèi)的圓心的上下兩側(cè)，在兩軸桿上纏繞有感應(yīng)線圈；兩導(dǎo)磁軛鐵，一導(dǎo)磁軛鐵套置在兩軸桿的一端，另一導(dǎo)磁軛鐵扣置在兩軸桿的另一端；一超磁致伸縮管，該超磁致伸縮管縱向夾置在兩導(dǎo)磁軛鐵之間；一光柵，該光柵容置在超磁致伸縮管的中間，該光柵的一端穿過一導(dǎo)磁軛鐵而伸出于殼體之外；兩電路接口，該兩電路接口固定在殼體的一端，該兩電路接口分別與兩軸桿上纏繞的感應(yīng)線圈連接。
文檔編號(hào)G01R15/14GK2646718SQ0327587
公開日2004年10月6日 申請日期2003年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月1日
發(fā)明者田珂珂, 劉育梁 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所