專利名稱：光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭及其制作方法，屬于光 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、絕緣性能差 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)，使用磁光玻璃對(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，但是外部環(huán)境溫度的變化會(huì)導(dǎo)致傳感頭的熱脹冷縮引起測(cè)量的 誤差，需要外加專門測(cè)量溫度的裝置獲取傳感頭的溫度，這給絕緣帶來(lái)了困難同時(shí)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(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，本發(fā)明提出一種光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器 的傳感頭及其制作方法， 技術(shù)方案
本發(fā)明的基本思想是熱敏材料不受磁場(chǎng)作用只受到溫度作用發(fā)生形變，使粘在其 上的光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的柵長(zhǎng)發(fā)生改變，引起光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的 反射譜整體發(fā)生漂移；磁致伸縮材料同時(shí)受外磁場(chǎng)和溫度作用發(fā)生形變從而弓I起粘貼在 其上的光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)發(fā)生改變從而改變反射譜中干涉峰之間的間 距。將外場(chǎng)變化后反射譜中干涉峰的波長(zhǎng)值記錄并與外磁場(chǎng)為零和某溫度下反射譜中的 干涉峰的波長(zhǎng)值做參考，則可從光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的反射譜中同時(shí)獲取磁場(chǎng)變 化和溫度變化的信息，經(jīng)處理計(jì)算，可分別得到外磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小和溫度的變化量。
一種光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特征在于在磁致伸縮材料2 的兩端設(shè)計(jì)熱敏材料1，將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀粘貼于上述磁致伸縮材料2與熱 敏材料1形成的結(jié)構(gòu)件上；所述熱敏材料1的長(zhǎng)度與光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的柵長(zhǎng) 相等，所述磁致伸縮材料的長(zhǎng)度與光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)相等，且柵區(qū)對(duì)齊 熱敏材料l,腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料2。
所述的磁致伸縮材料2的邊長(zhǎng)為10 40mm，寬為3 8mm，高為2 4mrn。
所述的熱敏材料1長(zhǎng)為10 30rnm，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。
一種制備光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特征在于步驟如下 步驟1、將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀在丙酮中浸泡10分鐘取出，擦洗干凈再用 酒精擦拭干凈，并測(cè)量其柵長(zhǎng)及腔長(zhǎng)；
步驟2、在磁致伸縮材料的上表面噴上脫脂液，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，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；
步驟3、在熱敏材料的上表面噴上脫脂液，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，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。
步驟4、將磁致伸縮材料及熱敏材料按順序放置于玻璃板上并依次用膠粘結(jié)起來(lái)成 結(jié)構(gòu)件；
步驟5、將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀準(zhǔn)確黏貼在結(jié)構(gòu)表面上，使柵區(qū)對(duì)齊熱敏材 料，腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料。 有益效果
本發(fā)明提出的光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭及其制作方法，磁致伸縮 材料改變光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)，熱敏材料改變光纖光柵法布里-珀羅干涉 儀的中心反射波長(zhǎng)，同時(shí)獲取傳感頭所處環(huán)境的溫度變化和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度變 化的信息，通過(guò)計(jì)算去掉溫度的影響而得到被測(cè)電流的電流強(qiáng)度值，本方法能消除溫度 變化對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響。


圖1是本發(fā)明一種光纖電流傳感器的傳感頭第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖中，1-熱敏材料(鋁塊)，2-磁致伸縮材料，3-光纖光柵法布里-珀羅干涉儀。 圖2是本發(fā)明一種光纖電流傳感器的傳感頭第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖 圖中，1-熱敏材料(石英玻璃)，2-磁致伸縮材料，3-光纖光柵法布里-珀羅干涉儀。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述 實(shí)施例1
請(qǐng)參閱圖l，其是本發(fā)明第一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)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，光纖光柵法布里-珀羅干涉儀3。
所述光纖電流傳感器傳感頭的制作步驟為1.選取合適的光纖光柵法布里-珀羅干
涉儀測(cè)量其柵長(zhǎng)及腔長(zhǎng)并做標(biāo)記；2.根據(jù)計(jì)算選取合適長(zhǎng)度的磁致伸縮材料并將磁致伸 縮材料的上下兩表面及粘貼面進(jìn)行平整光潔；3.根據(jù)計(jì)算選取合適長(zhǎng)度的鋁塊并將鋁塊 的上表面及粘貼面進(jìn)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 塊的順序放置于玻璃板上并依次用膠粘結(jié)起來(lái)，保證其上表面處于同一水平面內(nèi)；5.將 結(jié)構(gòu)件上表面進(jìn)行平整光潔；6.將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀準(zhǔn)確粘貼在結(jié)構(gòu)表面上， 使柵區(qū)對(duì)齊鋁塊，腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料。
所述選取合適的光纖光柵法布里-珀羅干涉儀測(cè)量其柵長(zhǎng)及腔長(zhǎng)并做標(biāo)記的步驟1, 包含以下步驟a、選取反射率不高于30%,腔長(zhǎng)不大于2cm,光柵中心的反射波長(zhǎng)為 1550nm的光纖光柵法布里-珀羅干涉儀；b、所用光源為中心波長(zhǎng)是1550nm的寬帶光源； c、將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀置于白色發(fā)光面板上，使透過(guò)光纖光柵法布里-珀羅干 涉儀的光散射的即為光柵區(qū)，標(biāo)注光柵區(qū)并測(cè)量其長(zhǎng)度。
所述根據(jù)測(cè)量結(jié)果選取合適長(zhǎng)度的磁致伸縮材料并將磁致伸縮材料的上表面及粘 貼面進(jìn)行平整光潔的步驟2:它的實(shí)施過(guò)程為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TbQ.3QDyo.7()Fei.95，工作的磁場(chǎng)線 性區(qū)間為20毫特一IOO毫特；b、選取的磁致伸縮材料的長(zhǎng)度等于光纖光柵法布里-珀 羅干涉儀的腔長(zhǎng)，其大小為為20mmx8mmx4mm; c、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向必 須與長(zhǎng)方體的長(zhǎng)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，擦拭干凈；e、然后用加有水基酸表面清潔液的IOOO號(hào)砂紙仔細(xì)打磨；f、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。
所述根據(jù)測(cè)量結(jié)果選取合適長(zhǎng)度的鋁塊并將鋁塊的上表面及粘貼面進(jìn)行平整光潔的
步驟3，它的實(shí)施過(guò)程為a、要求選取適當(dāng)大小的鋁塊的長(zhǎng)度等于光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的柵長(zhǎng)，其大小為10mmx8mmx4mm。
所述將鋁塊的表面進(jìn)行平整光潔的步驟3，它的實(shí)施過(guò)程為a、選取的鋁塊必須
純凈，不含雜質(zhì)；b、在鋁塊的表面噴上脫脂液，擦拭干凈；C、然后用加有水基酸表 面清潔液的1000號(hào)砂紙仔細(xì)打磨；d、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。
所述將磁致伸縮材料及鋁塊順次用膠粘結(jié)起來(lái)的步驟4，它的實(shí)施過(guò)程為a、將磁 致伸縮材料及鋁塊按照鋁塊-磁致伸縮材料-鋁塊的順序放置于玻璃板上；b、在其端面涂
膠并將其粘結(jié)起來(lái)，保證其上表面處于同一水平面內(nèi)。
將結(jié)構(gòu)件上表面進(jìn)行拋光的步驟5，它的實(shí)施過(guò)程為a、在結(jié)構(gòu)件的表面噴上脫 脂液，擦拭干凈；b、然后用加有水基酸表面清潔液的IOOO號(hào)砂紙仔細(xì)打磨；c、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。
所述將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀粘貼在結(jié)構(gòu)件的表面上步驟6，它的實(shí)施過(guò)程 為a、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；b、黏膠均勻的
涂在平整光潔后的磁致伸縮材料表面。
實(shí)施例2
請(qǐng)參閱圖2，其是本發(fā)明第二實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)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，光纖光柵法布里-珀羅干涉儀3。
所述光纖電流傳感器傳感頭的制作步驟為1.選取合適的光纖光柵法布里-珀羅干
涉儀測(cè)量其柵長(zhǎng)及腔長(zhǎng)并做標(biāo)記；2.根據(jù)計(jì)算選取合適長(zhǎng)度的磁致伸縮材料并將磁致伸
縮材料的上下兩表面及粘貼面進(jìn)行平整光潔；3.根據(jù)計(jì)算選取合適長(zhǎng)度的石英玻璃并將 石英玻璃的粘貼面進(jìn)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于玻璃板上并依次用膠粘結(jié)起來(lái)，保證其上表面處于同一水平 面內(nèi)；5.將結(jié)構(gòu)件上表面進(jìn)行平整光潔；6.將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀準(zhǔn)確粘貼在結(jié) 構(gòu)表面上，使柵區(qū)對(duì)齊石英玻璃，腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料。
所述選取合適的光纖光柵法布里-珀羅干涉儀測(cè)量其柵長(zhǎng)及腔長(zhǎng)并做標(biāo)記的步驟1 ， 包含以下步驟a、選取反射率不高于30%，腔長(zhǎng)不大于2cm，光柵中心的反射波長(zhǎng)為 1550nm的光纖光柵法布里-珀羅干涉儀；b、所用光源為中心波長(zhǎng)是1550nm的寬帶光源； c、將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀置于白色發(fā)光面板上，使透過(guò)光纖光柵法布里-珀羅干 涉儀的光散射的即為光柵區(qū)，標(biāo)注光柵區(qū)并測(cè)量其長(zhǎng)度。
所述根據(jù)測(cè)量結(jié)果選取合適長(zhǎng)度的磁致伸縮材料并將磁致伸縮材料的上表面及粘 貼面進(jìn)行平整光潔的步驟2:它的實(shí)施過(guò)程為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()FeL95，工作的磁場(chǎng)線 性區(qū)間為20毫特一100毫特；b、選取的磁致伸縮材料的長(zhǎng)度等于光纖光柵法布里-珀 羅干涉儀的腔長(zhǎng)，其大小為為20mmx8mmx4mm; c、磁致伸縮材料的磁致伸縮方向必 須與長(zhǎng)方體的長(zhǎng)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，擦拭干凈；e、然后用加有水基酸表面清潔液的1000號(hào)砂紙仔細(xì)打磨；f、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。
所述根據(jù)測(cè)量結(jié)果選取合適長(zhǎng)度的石英玻璃并將石英玻璃的上表面及粘貼面進(jìn)行平 整光潔的步驟3，它的實(shí)施過(guò)程為a、選取的石英玻璃必須純凈，不含雜質(zhì)，表面和 端面平整光滑；b、要求選取石英玻璃的長(zhǎng)度等于光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的柵長(zhǎng)， 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(jié)起來(lái)的步驟4，它的實(shí)施過(guò)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于玻璃板上； b、在其端面涂膠并將其粘結(jié)起來(lái)，保證其上表面處于同一水平面內(nèi)。
將結(jié)構(gòu)件上表面進(jìn)行拋光的步驟5，它的實(shí)施過(guò)程為a、在結(jié)構(gòu)件的表面噴上脫 脂液，擦拭干凈；b、然后用加有水基酸表面清潔液的1000號(hào)砂紙仔細(xì)打磨；c、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。
所述將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀粘貼在結(jié)構(gòu)件的表面上步驟6，它的實(shí)施過(guò)程 為a、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；b、黏膠均勻的
涂在平整光潔后的磁致伸縮材料表面。
權(quán)利要求
1.一種光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特征在于在磁致伸縮材料(2)的兩端設(shè)計(jì)熱敏材料(1)，將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀粘貼于上述磁致伸縮材料(2)與熱敏材料(1)形成的結(jié)構(gòu)件上；所述熱敏材料(1)的長(zhǎng)度與光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的柵長(zhǎng)相等，所述磁致伸縮材料的長(zhǎng)度與光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)相等，且柵區(qū)對(duì)齊熱敏材料1，腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料(2)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特征在于所 述的磁致伸縮材料(2)的邊長(zhǎng)為10 40rnm，寬為3 8mrn，高為2-4mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特征在于所 述的熱敏材料(1)長(zhǎng)為10 30mm，寬高均與磁致伸縮材料相等。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其特征在于所 述的熱敏材料(1)為鋁塊或石英玻璃。
5. —種制備權(quán)利要求1~4所述的任一光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭，其 特征在于步驟如下步驟1、將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀在丙酮中浸k 10分鐘取出，擦洗干凈再用酒精擦拭干凈，并測(cè)量其柵長(zhǎng)及腔長(zhǎng)；步驟2、在磁致伸縮材料的上表面噴上脫脂液，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，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;步驟3、在熱敏材料的上表面噴上脫脂液，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，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。步驟4、將磁致伸縮材料及熱敏材料按順序放置于玻璃板上并依次用膠粘結(jié)起來(lái)成 結(jié)構(gòu)件；步驟5、將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀準(zhǔn)確黏貼在結(jié)構(gòu)表面上，使柵區(qū)對(duì)齊熱敏材 料，腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種光纖光柵法布里-珀羅電流傳感器的傳感頭及其制作方法，其特征在于在磁致伸縮材料2的兩端設(shè)計(jì)熱敏材料1，將光纖光柵法布里-珀羅干涉儀粘貼于上述磁致伸縮材料2與熱敏材料1形成的結(jié)構(gòu)件上；所述熱敏材料1的長(zhǎng)度與光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的柵長(zhǎng)相等，所述磁致伸縮材料的長(zhǎng)度與光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)相等，且柵區(qū)對(duì)齊熱敏材料1，腔區(qū)對(duì)齊磁致伸縮材料2。磁致伸縮材料改變光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的腔長(zhǎng)，熱敏材料改變光纖光柵法布里-珀羅干涉儀的中心反射波長(zhǎng)，同時(shí)獲取傳感頭所處環(huán)境的溫度變化和被測(cè)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度變化的信息，通過(guò)計(jì)算去掉溫度的影響而得到被測(cè)電流的電流強(qiáng)度值。
文檔編號(hào)G01R15/24GK101344540SQ20081015036
公開(kāi)日2009年1月14日 申請(qǐng)日期2008年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月17日
發(fā)明者周王民, 李文博, 衡 王, 露 陳, 魏光虎, 魏志武 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)