光纖光柵溫度自補償電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種光纖光柵溫度自補償電流傳感器，包括懸臂梁和固定在懸臂梁上的第一光纖光柵、第二光纖光柵，所述懸臂梁依次包括固定端、變形部和自由端，所述第一光纖光柵和第二光纖光柵分別位于變形部的上下兩側(cè)、且相互串聯(lián)連接，所述固定端固定在一固定架上，自由端上設(shè)有一銜鐵，還包括一固定在固定架上的導(dǎo)磁體，所述導(dǎo)磁體呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體中間設(shè)有一容許被測導(dǎo)線穿過的空腔，所述導(dǎo)磁體兩端之間設(shè)有一與空腔連通的缺口，且導(dǎo)磁體兩端與銜鐵端部之間均設(shè)有氣隙。該電流傳感器通過導(dǎo)磁體感應(yīng)被測電線中被測電流的大小，克服了現(xiàn)有技術(shù)中因電磁鐵內(nèi)部的磁-電轉(zhuǎn)換或電-磁轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的誤差，進(jìn)而提高測量精度。
【專利說明】光纖光柵溫度自補償電流傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電流傳感器，特別是涉及一種光纖光柵溫度自補償電流傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002]電流傳感器是一種在電力行業(yè)用途較廣泛的傳感器，也是智能化電網(wǎng)的基本傳感器，其可以用于計量，也可以用于安全監(jiān)測，是電力行業(yè)實施檢測或監(jiān)測的常用基本傳感元件。
[0003]目前，電流傳感器一般采用電子的方式，其不具有無源特性和遠(yuǎn)距離傳輸功能，而且抗干擾性能差、測量精度低、使用壽命短、可靠性低，且電子類電流傳感器無法在高壓環(huán)境下工作，存在漏電、爬電的危險，故該類電流傳感器無法很好地解決行業(yè)內(nèi)電流計量與監(jiān)測問題。
[0004]為解決上述問題，中國發(fā)明專利申請說明書CN102778598A公開了一種光纖光柵溫度自補償電流傳感器，包括固定架、懸臂梁、電磁鐵、吸引件以及設(shè)在同一光纖上的第一光纖光柵和第二光纖光柵，所述的懸臂梁水平設(shè)置，一端為自由端，另一端為固定端，該固定端連接在固定架上，懸臂梁的中部設(shè)有彈性區(qū)，所述的光纖設(shè)在懸臂梁上，第一光纖光柵和第二光纖光柵分別位于懸臂梁的彈性區(qū)的上下兩側(cè)，所述的電磁鐵設(shè)在固定架上，并位于懸臂梁的自由端下方，懸臂梁的自由端設(shè)有吸引件；被測電流通過電磁鐵的線圈時，電磁鐵對位于懸臂梁自由端的吸引件產(chǎn)生吸引力，使得懸臂梁產(chǎn)生撓度變化，位于懸臂梁彈性區(qū)上方的第一光纖光柵拉伸，位于懸臂梁彈性區(qū)下方的第二光纖光柵收縮，產(chǎn)生波長變化，通過第一光纖光柵和第二光纖光柵波長的變化量實現(xiàn)對電流的檢測；當(dāng)溫度變化時，設(shè)在同一光纖上的第一光纖光柵和第二光纖光柵產(chǎn)生波長的變化量向同，實現(xiàn)溫度自補償。
[0005]但是，上述光纖光柵溫度自補償電流傳感器存在以下缺陷:
[0006]1、該電流傳感器中，被測電流通過電線進(jìn)入電磁鐵的線圈，經(jīng)過電磁鐵的電-磁的轉(zhuǎn)換后吸住吸引件，而該電-磁轉(zhuǎn)換過程會不可避免地產(chǎn)生誤差，降低傳感器對電流測量的準(zhǔn)確性，且被測電流需流入傳感器內(nèi)部，從而降低可靠性；
[0007]2、該電流傳感器中，懸臂梁自由端與固定端之間的間距較大，而懸臂梁因自由端下移所產(chǎn)生的撓度又較小，從而影響第一光纖光柵和第二光纖光柵的變形，最終降低電流傳感器的靈敏度。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種無需傳感器內(nèi)部電-磁轉(zhuǎn)換、測量精度高的光纖光柵溫度自補償電流傳感器。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種光纖光柵溫度自補償電流傳感器，包括懸臂梁和固定在懸臂梁上的第一光纖光柵、第二光纖光柵，所述懸臂梁依次包括固定端、變形部和自由端，所述第一光纖光柵和第二光纖光柵分別位于變形部的上下兩側(cè)、且相互串聯(lián)連接，所述固定端固定在一固定架上，自由端上設(shè)有一銜鐵，還包括一固定在固定架上的導(dǎo)磁體，所述導(dǎo)磁體呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體中間設(shè)有一容許被測導(dǎo)線穿過的空腔，所述導(dǎo)磁體兩端之間設(shè)有一與空腔連通的缺口，且導(dǎo)磁體兩端與銜鐵端部之間均設(shè)有氣隙。
[0010]進(jìn)一步地，所述固定端的上下兩側(cè)均設(shè)有第一凸臺，自由端的上下兩側(cè)均設(shè)有第二凸臺，所述第一光纖光柵的兩端分別固定在第一凸臺和第二凸臺上，所述第二光纖光柵的兩端也分別固定在第一凸臺和第二凸臺上。
[0011]優(yōu)選地,所述第一光纖光柵和第二光纖光纖通過一光纖相串聯(lián)，所述光纖也固定在懸臂梁上。
[0012]進(jìn)一步地，所述第一光纖光柵和第二光纖光柵為兩個波長不同的光纖光柵。
[0013]進(jìn)一步地,所述變形部的厚度H小于固定端、自由端的厚度W。
[0014]優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁體為圓環(huán)形或方框形。
[0015]如上所述，本發(fā)明涉及的光纖光柵溫度自補償電流傳感器，具有以下有益效果:
[0016]該電流傳感器通過導(dǎo)磁體感應(yīng)被測電線中被測電流的大小，克服了現(xiàn)有技術(shù)中因電磁鐵內(nèi)部的磁-電轉(zhuǎn)換或電-磁轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的誤差，進(jìn)而提高測量精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖2為圖1的A圈放大圖。
[0019]圖3至圖5為圖1的不同實施例。
[0020]圖6、圖7為本發(fā)明中懸臂梁不同實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]元件標(biāo)號說明
[0022]I 懸臂梁
[0023]11 固定端
[0024]111 第一凸臺
[0025]12 變形部
[0026]13 自由端
[0027]131 第二凸臺
[0028]14 加固部
[0029]15 間隙
[0030]2 第一光纖光柵
[0031]3 第二光纖光柵
[0032]4 固定架
[0033]5 銜鐵
[0034]51 本體
[0035]52 被吸附部
[0036]6 導(dǎo)磁體
[0037]61 空腔
[0038]62 缺口
[0039]63 上導(dǎo)磁件
[0040]631導(dǎo)磁部
[0041]64下導(dǎo)磁件
[0042]65上連接凸緣
[0043]66下連接凸緣
[0044]67突出部
[0045]7氣隙
[0046]8光纖

【具體實施方式】
[0047]以下由特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點及功效。
[0048]須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實施的限定條件，故不具技術(shù)上的實質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實施的范疇。
[0049]如圖1所示，本發(fā)明提供一種光纖光柵溫度自補償電流傳感器，包括懸臂梁I和固定在懸臂梁I上的第一光纖光柵2、第二光纖光柵3，所述懸臂梁I依次包括固定端11、變形部12和自由端13，所述變形部12由彈性材料制成，所述第一光纖光柵2和第二光纖光柵3分別位于變形部12的上下兩側(cè)、且相互串聯(lián)連接，所述固定端11固定在一固定架4上，自由端13上設(shè)有一銜鐵5，還包括一固定在固定架4上的導(dǎo)磁體6，所述導(dǎo)磁體6呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體6中間設(shè)有一容許被測導(dǎo)線穿過的空腔61，所述導(dǎo)磁體6兩端之間設(shè)有一與空腔61連通的缺口 62，且導(dǎo)磁體6兩端與銜鐵5端部之間均設(shè)有氣隙7，見圖2。所述缺口 62使導(dǎo)磁體6為一個不閉合的環(huán)狀體,且懸臂梁I位于該缺口 62的外側(cè),所述缺口 62中也可填充不導(dǎo)磁材料，從而使導(dǎo)磁體6在感應(yīng)被測電流時,在導(dǎo)磁體6中所產(chǎn)生的磁路為一不閉合的環(huán)形磁路。本實施例中，所述第一光纖光柵2和第二光纖光柵3為兩個波長不同的光纖光柵，使其在量程內(nèi)互不干擾。
[0050]使用該電流傳感器測量電流時，將導(dǎo)磁體6套在被測導(dǎo)線或被測物上，使被測導(dǎo)線或被測物中的被測電流穿過導(dǎo)磁體6的空腔61，通過氣隙7在導(dǎo)磁體6和銜鐵5之間形成一環(huán)向閉合的磁路，使導(dǎo)磁體6感應(yīng)該被測電流、并對銜鐵5產(chǎn)生一吸力，使銜鐵5、自由端13—起向下移動，進(jìn)而使懸臂梁I的變形部12向下彎曲，產(chǎn)生一撓度，則位于變形部12上方的第二光纖光柵3在其軸向上被拉伸，位于變形部12下方的第一光纖光柵2在其軸向上被壓縮，即第一光纖光柵2波長變化和第二光纖光柵3波長變化大小相等、方向相反,進(jìn)而在準(zhǔn)確測量被測電流的同時又消除溫度的干擾，實現(xiàn)溫度自補償。且被測電流的大小和導(dǎo)磁體6對銜鐵5所產(chǎn)生的吸力的大小成正比關(guān)系，而該吸力的大小又與第一光纖光柵2和第二光纖光柵3的波長變化大小成正比關(guān)系,故能通過第一光纖光柵2和第二光纖光柵3的波長變化測量被測電流的大小。
[0051]進(jìn)一步講，采用該光纖光柵溫度自補償電流傳感器測量電流時，電流和溫度的計算公式本別為:
[0052]I = Iq+Kj X (( λ Α「λ B1) - ( λ Α(|- λ Β(ι)) = 1+Kj X ( Δ λ Α_ Δ λ Β)
[0053]T = Τ0+Κτ X (( λ Α1+ λ Β1) - ( λ Α0+ λ Β0)) = Τ0+Κτ X ( Δ λ Α+ Δ λ Β)
[0054]式中山為參考零點電流值^為電流系數(shù)；λω為第一光纖光柵2的零點波長；λ Al為第一光纖光柵2的測量波長；λ Β0為第二光纖光柵3的零點波長；λ B1為第二光纖光柵3的測量波長Jtl為參考零點溫度值；KT為溫度系數(shù)。
[0055]所以，當(dāng)?shù)谝还饫w光柵2和第二光纖光柵3的波長變化大小相等、方向相反時，Δ λΑ+Λ λΒ等于零，故消除了溫度變化的影響，提高傳感器的環(huán)境適應(yīng)性，且還克服了現(xiàn)有技術(shù)中因電磁鐵內(nèi)部的電-磁轉(zhuǎn)換而產(chǎn)生的誤差，實現(xiàn)對交流電流和直流電流的準(zhǔn)確感應(yīng)，提高電流測量精度。另外，該傳感器還具有測溫功能，通過結(jié)構(gòu)的變化實現(xiàn)第一光纖光柵2和第二光纖光柵3同時被拉伸或同時被壓縮，即第一光纖光柵2和第二光纖光柵3的波長變化大小相等、方向相反時，即能消除電流對溫度的干擾，進(jìn)而準(zhǔn)確測量溫度值。
[0056]本實施例中，所述導(dǎo)磁體6可以為圓形，如圖1、圖3、以及圖5所示；也可以為方框形，如圖4所示。當(dāng)導(dǎo)磁體6為方框形時，為了便于導(dǎo)磁體6的生產(chǎn)制造，將方框形導(dǎo)磁體6分割成均為凹形的上導(dǎo)磁件63和下導(dǎo)磁件64,見圖4,上導(dǎo)磁件63又被所述缺口 62分割成左右兩個導(dǎo)磁部631,所述導(dǎo)磁部631的外周設(shè)有上連接凸緣65,下導(dǎo)磁件64的外周設(shè)有下連接凸緣66，所述上連接凸緣65和下連接凸緣66通過螺栓、螺釘?shù)染o固件相連接，也可以通過焊接的方式相連接，從而圍成所述方框形的導(dǎo)磁體6。
[0057]進(jìn)一步地，見圖1和圖6，所述固定端11的上下兩側(cè)均設(shè)有第一凸臺111，自由端13的上下兩側(cè)均設(shè)有第二凸臺131，所述第一光纖光柵2的兩端分別固定在第一凸臺111和第二凸臺131上，所述第二光纖光柵3的兩端也分別固定在第一凸臺111和第二凸臺131上，進(jìn)而使第一光纖光柵2和第二光纖光柵3均以預(yù)拉伸、張緊的狀態(tài)固定在懸臂梁I上，且與變形部12之間為懸空設(shè)置。另外，由固定端11、自由端13、變形部12、第一凸臺111、以及第二凸臺131構(gòu)成的懸臂梁I可以為一整體結(jié)構(gòu)，也可以為由各組成部件固定連接后形成的一分體式結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，為了提高變形部12感知銜鐵5下移程度的能力，即提高該電流傳感器的靈敏度，所述變形部12的厚度H小于固定端11、自由端13的厚度W，變形部12的厚度H、固定端11和自由端13的厚度W均是指變形部12、固定端11、自由端13在變形部12撓度方向(也就是銜鐵5位移方向)上的厚度。
[0058]優(yōu)選地，如圖1和圖2所示，所述銜鐵5包括本體51和設(shè)在本體51下端的被吸附部52，所述本體51上端通過一螺釘固定在所述自由端13的中間，螺釘?shù)闹行脑谧冃尾?2中心線的延長線上；所述氣隙7設(shè)在被吸附部52與導(dǎo)磁體6之間，且被吸附部52的橫截面面積大于本體51的橫截面面積，從而使導(dǎo)磁體6在感應(yīng)被測電流的情況下，變形部12產(chǎn)生的撓度變化與被測電流的大小嚴(yán)格成正比關(guān)系，更進(jìn)一步地提高該電流傳感器的測量精度，極大地減小測量誤差。另外，上述結(jié)構(gòu)中，銜鐵5是直接固定在位于變形部12 —端的自由端13上的，從而縮短了變形部12與銜鐵5之間的距離，提高變形部12感知銜鐵5位移的能力，進(jìn)而提高電流傳感器的靈敏度。另外，如圖3和圖4所示，當(dāng)導(dǎo)磁體6較大時，為了使傳感器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊湊，所述導(dǎo)磁體6的兩端內(nèi)側(cè)均設(shè)有向上延伸的突出部67，該突出部67與銜鐵5的被吸附部52相對設(shè)置，所述氣隙7設(shè)在突出部67與被吸附部52之間。
[0059]優(yōu)選地,見圖1，所述第一光纖光柵2和第二光纖光柵3通過一光纖8相串聯(lián),所述光纖8也固定在懸臂梁I上。本實施例中，所述第一光纖光柵2、第二光纖光柵3、以及光纖8均可通過高溫膠粘接在懸臂梁I上，也可均通過無機材料焊接在懸臂梁I上。
[0060]進(jìn)一步地，如圖7所示，固定端11的右側(cè)設(shè)有兩個向右延伸的加固部14，所述變形部12位于兩個變形部12之間，且變形部12的上下兩側(cè)與加固部14之間均設(shè)有一間隙15，所述加固部14以及固定端11均通過螺釘、螺栓等緊固件固定在固定架4上，從而保證懸臂梁I的固定端11與固定架4可靠連接，在自由端13隨同銜鐵5下移的過程中，固定端11不會產(chǎn)生滑移等現(xiàn)象，進(jìn)而保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，也使懸臂梁I結(jié)構(gòu)緊湊。另外，所述間隙15的寬度大于變形部12所產(chǎn)生的最大撓度，且所述氣隙7的寬度也要大于變形部12所述產(chǎn)生的最大撓度，以保證銜鐵5在導(dǎo)磁體6吸力的作用下帶動自由端13移動時，變形部12產(chǎn)生的撓度有足夠的變化空間。
[0061]綜上所述，本發(fā)明涉及的光纖光柵溫度自補償電流傳感器具有以下優(yōu)點:
[0062]1、自帶溫度補償功能，利用導(dǎo)磁體6的吸力提供使變形部12產(chǎn)生撓度的作用力，在準(zhǔn)確測量電流的同時又有效消除溫度的影響，提高了該傳感器的環(huán)境適應(yīng)性，最終提高對電流測量的準(zhǔn)確性；
[0063]2、抗電磁干擾,米用光纖光柵作為敏感兀件,其產(chǎn)生的是激光波長的移動信號,該信號不受電磁干擾；
[0064]3、使用安全，該電流傳感器無須供電，且整個測量過程中也不產(chǎn)生電流，也無需將被測電流接入傳感器內(nèi)部，故性能更可靠；
[0065]4、能夠遠(yuǎn)距離傳輸，該電流傳感器中的激光信號傳輸距離在40公里以上，遠(yuǎn)大于其他類型的電流傳感器；
[0066]5、本質(zhì)絕緣，該電流傳感器中的信號由本質(zhì)絕緣的光纖引出，提高使用安全性；
[0067]6、測量精度高，該電流傳感器直接通過導(dǎo)磁體6感應(yīng)電流，避免現(xiàn)有技術(shù)中采用電磁鐵所要進(jìn)行磁-電轉(zhuǎn)換或電-磁轉(zhuǎn)換而引起的誤差；
[0068]7、整體結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，成本低；
[0069]8、由于該電流傳感器不需要供電，所以具有光纖無源器件的所有屬性優(yōu)點。
[0070]所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。
[0071]上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵溫度自補償電流傳感器，包括懸臂梁(I)和固定在懸臂梁(I)上的第一光纖光柵(2)、第二光纖光柵(3)，所述懸臂梁(I)依次包括固定端(11)、變形部(12)和自由端(13)，所述第一光纖光柵(2)和第二光纖光柵(3)分別位于變形部(12)的上下兩側(cè)、且相互串聯(lián)連接，所述固定端(11)固定在一固定架(4)上，自由端(13)上設(shè)有一銜鐵(5)，其特征在于:還包括一固定在固定架(4)上的導(dǎo)磁體(6)，所述導(dǎo)磁體(6)呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體(6)中間設(shè)有一容許被測導(dǎo)線穿過的空腔(61)，所述導(dǎo)磁體(6)兩端之間設(shè)有一與空腔(61)連通的缺口(62)，且導(dǎo)磁體(6)兩端與銜鐵(5)端部之間均設(shè)有氣隙(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度自補償電流傳感器，其特征在于:所述固定端(11)的上下兩側(cè)均設(shè)有第一凸臺(111)，自由端(13)的上下兩側(cè)均設(shè)有第二凸臺(131)，所述第一光纖光柵(2)的兩端分別固定在第一凸臺(111)和第二凸臺(131)上，所述第二光纖光柵(3)的兩端也分別固定在第一凸臺(111)和第二凸臺(131)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度自補償電流傳感器，其特征在于:所述第一光纖光柵(2)和第二光纖光柵(3)通過一光纖(8)相串聯(lián),所述光纖(8)也固定在懸臂梁(I)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度自補償電流傳感器，其特征在于:所述第一光纖光柵(2)和第二光纖光柵(3)為兩個波長不同的光纖光柵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度自補償電流傳感器，其特征在于:所述變形部(12)的厚度H小于固定端(11)、自由端(13)的厚度W。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵溫度自補償電流傳感器，其特征在于:所述導(dǎo)磁體(6)為圓環(huán)形或方框形。
【文檔編號】G01R19/32GK104345209SQ201310347895
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月9日
【發(fā)明者】涂建坤, 曹春耕 申請人:上海電纜研究所, 上海賽克力光電纜有限責(zé)任公司, 上海森首光電科技有限公司