光纖光柵交流電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種光纖光柵交流電流傳感器，包括固定架、懸臂梁和導(dǎo)磁體，所述懸臂梁依次包括固定端、變形區(qū)和自由端，所述固定端固定在固定架上，所述自由端上設(shè)有一銜鐵，所述導(dǎo)磁體呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體的中間設(shè)有一容被測導(dǎo)線穿過的空腔，且導(dǎo)磁體的兩端之間設(shè)有一與空腔相連通的缺口，所述導(dǎo)磁體兩端和銜鐵之間均設(shè)有氣隙，懸臂梁還包括一凹槽，在凹槽的開口處有且僅有一根處于預(yù)拉伸狀態(tài)的光纖光柵，該光纖光柵的兩端分別與固定端、自由端固定連接，所述光纖光柵與變形區(qū)平行設(shè)置。該光纖光柵交流電流傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能很好地用于測定交流電流，且實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，消除了溫度對(duì)光纖光柵測量電流的影響，進(jìn)而提高測量精度。
【專利說明】光纖光柵交流電流傳感器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種電流傳感器，特別是涉及一種用于測量交流電流的光纖光柵交流電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]電流傳感器是一種在電力行業(yè)中用途較為廣泛的傳感器，其也是智能化電網(wǎng)的基本傳感器，可以用于計(jì)量、輸配電、安全監(jiān)測等，是電力行業(yè)實(shí)施檢測或監(jiān)測的常用基本傳感元件。電流傳感器能感受到被測電流的信息，并能將檢測感受到的電流信息按一定規(guī)律變換成為符合一定標(biāo)準(zhǔn)需要的電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求?，F(xiàn)有的各種電流探測方案一般都采用電子傳感器，但因?yàn)闇囟雀蓴_、電磁干擾、安全性、長距離傳輸、使用壽命、可靠性等原因，電子傳感器無法很好地解決如電力一系列行業(yè)的電流傳感問題。
[0003]另外，目前用于電流探測的電子傳感器一般都不具有無源特性和遠(yuǎn)距離傳輸功能，而且抗干擾能力差，測量精度低，還無法在高壓環(huán)境下工作，存在漏電、爬電的危險(xiǎn)。為解決這一問題，中國實(shí)用新型專利CN203376397U公開了一種光纖光柵溫度自補(bǔ)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。該光纖光柵溫度自補(bǔ)償電流傳感器可用于測量直流電流和交流電流，但是對(duì)于僅僅需要測量交流電流的場合，該光纖光柵溫度自補(bǔ)償電流傳感器的結(jié)構(gòu)就相對(duì)復(fù)雜，且價(jià)格昂
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實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種僅用于測量交流電流且結(jié)構(gòu)簡單、造價(jià)低的光纖光柵交流電流傳感器。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供一種光纖光柵交流電流傳感器，包括固定架、安裝在固定架上的懸臂梁和導(dǎo)磁體，所述懸臂梁依次包括固定端、變形區(qū)和自由端，所述固定端固定在固定架上，所述自由端上設(shè)有一銜鐵，所述導(dǎo)磁體呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體的中間設(shè)有一容被測導(dǎo)線穿過的空腔，且導(dǎo)磁體的兩端之間設(shè)有一與空腔相連通的缺口，所述導(dǎo)磁體兩端和銜鐵之間均設(shè)有氣隙，由固定端、變形區(qū)和自由端所構(gòu)成的懸臂梁呈凹形，該懸臂梁還包括一凹槽,在凹槽的開口處有且僅有一根處于預(yù)拉伸狀態(tài)的光纖光柵,該光纖光柵的兩端分別與固定端、自由端固定連接，所述光纖光柵與變形區(qū)平行設(shè)置。
[0006]優(yōu)選地，所述光纖光柵與固定端、光纖光柵與自由端均為焊接連接。
[0007]進(jìn)一步地，所述固定架與懸臂梁、固定架與導(dǎo)磁體均為剛性連接。[0008]優(yōu)選地，在自由端的移動(dòng)方向上，所述變形區(qū)的厚度H小于固定端、自由端的厚度I
[0009]優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁體為圓環(huán)形。
[0010]進(jìn)一步地，所述銜鐵包括相互連接的安裝部和被吸附部，所述安裝部與自由端固定連接，所述氣隙位于被吸附部和導(dǎo)磁體之間。
[0011]如上所述，本實(shí)用新型涉及的光纖光柵交流電流傳感器，具有以下有益效果:
[0012]該光纖光柵交流電流傳感器結(jié)構(gòu)簡單、成本低、能很好地用于測定交流電流，且實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，消除了溫度對(duì)光纖光柵測量電流的影響，進(jìn)而提高測量精度，可廣泛用于發(fā)電、輸電、配電的交流電流的測量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型的另一實(shí)施例。
[0015]圖3為圖1的A圈放大圖。
[0016]元件標(biāo)號(hào)說明
[0017]I固定架
[0018]2懸臂梁
[0019]21固定端
[0020]22變形區(qū)
[0021]23自由端
[0022]24 凹槽
[0023]3導(dǎo)磁體
[0024]31 空腔
[0025]32 缺口
[0026]4 銜鐵
[0027]41安裝部
[0028]42被吸附部
[0029]5 氣隙
[0030]6 光纖光柵
[0031]7 螺釘
【具體實(shí)施方式】
[0032]以下由特定的具體實(shí)施例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0033]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，并非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)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，在不影響本實(shí)用新型所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本實(shí)用新型所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，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，而非用以限定本實(shí)用新型可實(shí)施的范圍，其相對(duì)關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本實(shí)用新型可實(shí)施的范疇。
[0034]如圖1至圖3所示，本實(shí)用新型提供一種光纖光柵交流電流傳感器，包括固定架1、安裝在固定架I上的懸臂梁2和導(dǎo)磁體3，所述懸臂梁2依次包括固定端21、變形區(qū)22和自由端23，所述固定端21固定在固定架I上，所述自由端23上設(shè)有一銜鐵4，所述導(dǎo)磁體3呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體3的中間設(shè)有一容被測導(dǎo)線穿過的空腔31，且導(dǎo)磁體3的兩端之間設(shè)有一與空腔31相連通的缺口 32，所述導(dǎo)磁體3兩端和銜鐵4之間均設(shè)有氣隙5，由固定端21、變形區(qū)22和自由端23所構(gòu)成的懸臂梁2呈凹形，該懸臂梁2還包括一凹槽24，在凹槽24的開口處有且僅有一根處于預(yù)拉伸狀態(tài)的光纖光柵6,該光纖光柵6的兩端分別與固定端21、自由端23固定連接，所述光纖光柵6與變形區(qū)22平行設(shè)置，即本申請(qǐng)中在懸臂梁2撓度方向的一側(cè)有且僅有一個(gè)光纖光柵6。
[0035]本實(shí)用新型涉及的光纖光柵交流電流傳感器用于測量交流電流，且僅用于測量交流電流，該電流傳感器僅用一根光纖光柵6作為敏感元件，其結(jié)構(gòu)簡單，也相對(duì)簡化該傳感器的數(shù)據(jù)處理模塊的結(jié)構(gòu)，從而有效降低其成本，故其價(jià)格較低廉，便于推廣應(yīng)用。另外，該光纖光柵交流電流傳感器在用于測量交流電流時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)溫度自補(bǔ)償，即消除溫度變化對(duì)測量結(jié)果的影響，從而提高交流電流的測量精度，可廣泛用于發(fā)電、輸電、配電的交流電流測量。
[0036]具體講，該光纖光柵交流電流傳感器在測量前，作為敏感元件的光纖光柵6處于預(yù)拉伸狀態(tài)，即該光纖光柵6為自由拉直的狀態(tài)；所述銜鐵4與導(dǎo)磁體3之間的氣隙5應(yīng)大于懸臂梁2變形區(qū)22的撓度變化，以保證當(dāng)導(dǎo)磁體3對(duì)銜鐵4產(chǎn)生吸力時(shí)，銜鐵4帶動(dòng)懸臂梁2的自由端23向靠近導(dǎo)磁體3的方向移動(dòng)時(shí)有足夠的動(dòng)作空間；所述導(dǎo)磁體3的缺口32中可填充不導(dǎo)磁材料。該光纖光柵交流電流傳感器在測量電流時(shí)，將導(dǎo)磁體3套在被測導(dǎo)線或被測物上，使得被測導(dǎo)線或被測物中的被測電流從導(dǎo)磁體3的空腔31中穿過，導(dǎo)磁體3感應(yīng)該被測電流，并通過氣隙5在導(dǎo)磁體3和銜鐵4之間產(chǎn)生一環(huán)向閉合的磁通量，使導(dǎo)磁體3對(duì)銜鐵4產(chǎn)生吸附力；同時(shí)在該吸附力的作用下，銜鐵4帶動(dòng)懸臂梁2的自由端23向靠近導(dǎo)磁體3的方向移動(dòng)，從而使變形區(qū)22產(chǎn)生撓度變化；變形區(qū)22的撓度變化帶動(dòng)光纖光柵6軸向拉伸或收縮,故光纖光柵6發(fā)生波長變化,并通過光纖光柵6波長變化的信號(hào)來得到被測電流的大小。上述測量過程中，導(dǎo)磁體3對(duì)銜鐵4吸附力的大小與被測電流的大小成正比，懸臂梁2變形區(qū)22的撓度變化與導(dǎo)磁體3對(duì)銜鐵4的吸附力成正比，而光纖光柵6波長的變化又與懸臂梁2變形區(qū)22的撓度變化成正比，故光纖光柵6波長的變化最終是與被測電流的大小成正比，故可通過測量光纖光柵6波長的變化量來實(shí)現(xiàn)被測電流的大小測量。
[0037]另外，在測量交流電流的過程中，由于被測交流電流呈周期性變化，故由被測交流電流引起的光纖光柵6的波長變化也呈周期性變化，故被測交流電流的大小與在單個(gè)周期內(nèi)光纖光柵6波長變化的幅度成正比，即兩者一一對(duì)應(yīng)。本申請(qǐng)中，交流電流的計(jì)算公式為:
[0038]I = K1X(X1-A0)
[0039]上述式中，K1為電流系數(shù)；
[0040]λ i為光纖光柵6單個(gè)周期內(nèi)波長測量的最大值；[0041]λ ^為光纖光柵6單個(gè)周期內(nèi)波長測量的最小值。
[0042]在實(shí)際測量過程中，環(huán)境溫度的變化會(huì)對(duì)光纖光柵6波長的變化產(chǎn)生一定的影響，在受環(huán)境溫度的影響后，X1變化為AjA1, λ ^變化為λ JA2，但是在同樣的環(huán)境溫度下，Δ I 和 A2 的大小相等、方向相同，故 I = K1X [ ( λ j+ Δ j) - ( λ 0+ Δ 2) ] = K1X ( λ「λ。)，所以該光纖光柵交流電流傳感器消除了環(huán)境溫度對(duì)交流電流測量的干擾和影響，實(shí)現(xiàn)溫度自補(bǔ)償，對(duì)被測交流電流有準(zhǔn)確的感應(yīng)，大大提高了測量精度。
[0043]優(yōu)選地，所述光纖光柵6與固定端21、光纖光柵6與自由端23均通過無機(jī)材料焊接連接，或通過耐高溫的膠相粘接，且光纖光柵6兩端的尾纖都可以與外部被妥善保護(hù)的信號(hào)傳輸光纜進(jìn)行串聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸。所述固定架I與懸臂梁2、固定架I與導(dǎo)磁體3均為剛性連接，且固定架I與懸臂梁2的固定端21之間是通過螺釘7固定連接的，以防止固定端21與固定架I之間、導(dǎo)磁體3與固定架I之間出現(xiàn)相對(duì)移動(dòng)。
[0044]優(yōu)選地，如圖1和圖2所示，在自由端23的移動(dòng)方向上，所述變形區(qū)22的厚度H小于固定端21、自由端23的厚度W，以提高變形區(qū)22撓度變化的感知速度，從而提高該傳感器的靈敏度。
[0045]優(yōu)選地，所述導(dǎo)磁體3為圓環(huán)形，當(dāng)然，導(dǎo)磁體3也可以為方框形、橢圓形等其他形狀。
[0046]進(jìn)一步地，如圖3所示，所述銜鐵4包括相互連接的安裝部41和被吸附部42，所述被吸附部42的橫截面面積大于安裝部41的橫截面面積，所述安裝部41與自由端23固定連接，所述氣隙5位于被 吸附部42和導(dǎo)磁體3之間。本實(shí)施例中，所述安裝部41可通過螺釘?shù)染o固件固定在懸臂梁2的自由端23，也可以通過無機(jī)材料焊接或通過膠粘接的方式固定在懸臂梁2的自由端23。所述銜鐵4直接固定在懸臂梁2的自由端23，可提高變形區(qū)22感知銜鐵4位移的能力，進(jìn)一步提高傳感器的靈敏度。另外，本申請(qǐng)中，所述導(dǎo)磁體3位于懸臂梁2的下方，懸臂梁2凹槽24的開口可以朝上也可以朝下，當(dāng)凹槽24的開口朝上時(shí)，如圖1所示，所述光纖光柵6位于懸臂梁2的上側(cè)，變形區(qū)22位于懸臂梁2的下側(cè)；當(dāng)凹槽24的開口朝下時(shí)，如圖2所示，所述光纖光柵6位于懸臂梁2的下側(cè)，變形區(qū)22位于懸臂梁2的上側(cè)。
[0047]綜上所述，本實(shí)用新型涉及的光纖光柵交流電流傳感器具有以下有益效果:
[0048]1、遠(yuǎn)距離傳輸:其測量精度和分辨率不受光源波動(dòng)及傳輸線路彎曲損耗的影響，可直接通過光纖進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，傳輸距離超過40km，遠(yuǎn)大于其他種類的電流傳感器，故監(jiān)測現(xiàn)場無需供電，可廣泛地用于發(fā)電、輸電、配電的交流電流測量；
[0049]2、消除溫度干擾:其能夠消除環(huán)境溫度對(duì)測量結(jié)果的影響，具有溫度自補(bǔ)償功能，以提高對(duì)交流電流測量的準(zhǔn)確性，提高傳感器的環(huán)境適應(yīng)性；
[0050]3、信號(hào)不受電磁影響:其采用光纖光柵6作為敏感元件，該敏感元件產(chǎn)生的是激光波長的移動(dòng)信號(hào)，激光不受電磁干擾，故該傳感器能夠抵抗電磁干擾；
[0051]4、其無需供電:本申請(qǐng)中光纖光柵6為反射型元件，對(duì)解調(diào)儀發(fā)送過來的激光信號(hào)進(jìn)行反射，而傳感器本身不產(chǎn)生激光；
[0052]5、本質(zhì)絕緣:本申請(qǐng)中信號(hào)由本質(zhì)絕緣的光纖引出，光纖材料本質(zhì)絕緣；
[0053]6、結(jié)構(gòu)簡單:本申請(qǐng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)非常簡單，直接測量交流電流大小變化所產(chǎn)生對(duì)懸臂梁2自由端23作用力的大小變化；[0054]7、本申請(qǐng)直接感應(yīng)被測交流電流所產(chǎn)生的磁場，無需進(jìn)行電-磁-電的轉(zhuǎn)換。
[0055]所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0056]上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)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(shí)者在未脫離本實(shí)用新型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)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種光纖光柵交流電流傳感器，包括固定架(1)、安裝在固定架(1)上的懸臂梁(2)和導(dǎo)磁體(3)，所述懸臂梁(2)依次包括固定端(21)、變形區(qū)(22)和自由端(23)，所述固定端(21)固定在固定架(1)上，所述自由端(23)上設(shè)有一銜鐵(4)，所述導(dǎo)磁體(3)呈開口環(huán)狀，該導(dǎo)磁體(3)的中間設(shè)有一容被測導(dǎo)線穿過的空腔(31)，且導(dǎo)磁體(3)的兩端之間設(shè)有一與空腔(31)相連通的缺口(32)，所述導(dǎo)磁體(3)兩端和銜鐵(4)之間均設(shè)有氣隙(5)，其特征在于:由固定端(21)、變形區(qū)(22)和自由端(23)所構(gòu)成的懸臂梁(2)呈凹形，該懸臂梁(2)還包括一凹槽(24)，在凹槽(24)的開口處有且僅有一根處于預(yù)拉伸狀態(tài)的光纖光柵(6)，該光纖光柵(6)的兩端分別與固定端(21)、自由端(23)固定連接，所述光纖光柵(6)與變形區(qū)(22)平行設(shè)置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵交流電流傳感器，其特征在于:所述光纖光柵(6)與固定端(21)、光纖光柵(6)與自由端(23)均為焊接連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵交流電流傳感器，其特征在于:所述固定架(1)與懸臂梁(2)、固定架⑴與導(dǎo)磁體(3)均為剛性連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵交流電流傳感器，其特征在于:在自由端(23)的移動(dòng)方向上，所述變形區(qū)(22)的厚度H小于固定端(21)、自由端(23)的厚度W。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵交流電流傳感器，其特征在于:所述導(dǎo)磁體(3)為圓環(huán)形。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光纖光柵交流電流傳感器，其特征在于:所述銜鐵(4)包括相互連接的安裝部(41)和被吸附部(42)，所述安裝部(41)與自由端(23)固定連接，所述氣隙(5)位于被吸附 部(42)和導(dǎo)磁體(3)之間。
【文檔編號(hào)】G01R19/00GK203825074SQ201420241897
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2014年5月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月12日
【發(fā)明者】涂建坤, 丁薇霞, 曹春耕 申請(qǐng)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