CN101344540A - 光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光纤光栅法布里－珀罗电流传感器的传感头及其制作方法，其特征在于：在磁致伸缩材料2的两端设计热敏材料1，将光纤光栅法布里－珀罗干涉仪粘贴于上述磁致伸缩材料2与热敏材料1形成的结构件上；所述热敏材料1的长度与光纤光栅法布里－珀罗干涉仪的栅长相等，所述磁致伸缩材料的长度与光纤光栅法布里－珀罗干涉仪的腔长相等，且栅区对齐热敏材料1，腔区对齐磁致伸缩材料2。磁致伸缩材料改变光纤光栅法布里－珀罗干涉仪的腔长，热敏材料改变光纤光栅法布里－珀罗干涉仪的中心反射波长，同时获取传感头所处环境的温度变化和被测电流产生的磁场强度变化的信息，通过计算去掉温度的影响而得到被测电流的电流强度值。
Description
技术领域
本发明涉及一种光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头及其制作方法，属于光纤传感器领域。
背景技术
光纤电流传感器是传感器领域的一个重要研究方向。在电力工业中，要对输电线路的电压、电流、功率等参数进行测试，但是传统的电磁式传感器面临高压、绝缘性能差以及电磁干扰等问题进行测量，给电学敏感元件带来了危险，也使得测量系统的结构复杂、成本高昂。为此，结构简单、安全可靠、成本低廉的高压电流传感器成为研究热点，全光纤高压电流传感器具备这些优点，成为研究热点之一。
目前光纤电流传感器使用的测量方法主要有光的偏振态测量法、光的干涉测量法和波长调制测量法。光的偏振态测量主要基于法拉第磁光效应，使用磁光玻璃对光的偏振态进行测量，是其中研究相对成熟的传感器，已经有商品应用。但是受材料本身性质的影响，其测量范围和精度都受到限制，并且安装困难。光的干涉测量法主要是利用外场改变相干光的光程差进行测量，主要有基于迈克耳逊干涉仪的测量和基于马赫增德干涉仪的测量。波长调制测量法是对光的波长进行测量从而获取外场信号的测量方法，主要有基于光纤光栅和法布里-珀罗干涉仪的测量，用到波长解调技术。这几种传感器虽然理论上能满足测量要求，但是外部环境温度的变化会导致传感头的热胀冷缩引起测量的误差，需要外加专门测量温度的装置获取传感头的温度，这给绝缘带来了困难同时又引入额外的误差，所以这一直困扰着光纤电流传感器的发展。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头及其制作方法，
技术方案
本发明的基本思想是：热敏材料不受磁场作用只受到温度作用发生形变，使粘在其上的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的栅长发生改变，引起光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的反射谱整体发生漂移；磁致伸缩材料同时受外磁场和温度作用发生形变从而引起粘贴在其上的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的腔长发生改变从而改变反射谱中干涉峰之间的间距。将外场变化后反射谱中干涉峰的波长值记录并与外磁场为零和某温度下反射谱中的干涉峰的波长值做参考，则可从光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的反射谱中同时获取磁场变化和温度变化的信息，经处理计算，可分别得到外磁场强度的大小和温度的变化量。
一种光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于：在磁致伸缩材料2的两端设计热敏材料1，将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪粘贴于上述磁致伸缩材料2与热敏材料1形成的结构件上；所述热敏材料1的长度与光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的栅长相等，所述磁致伸缩材料的长度与光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的腔长相等，且栅区对齐热敏材料1，腔区对齐磁致伸缩材料2。
所述的磁致伸缩材料2的边长为10～40mm，宽为3～8mm，高为2～4mm。
所述的热敏材料1长为10～30mm，宽高均与磁致伸缩材料相等。
所述的热敏材料1为铝块或石英玻璃。
一种制备光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于步骤如下：
步骤1、将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪在丙酮中浸泡10分钟取出，擦洗干净再用酒精擦拭干净，并测量其栅长及腔长；
步骤2、在磁致伸缩材料的上表面喷上脱脂液，擦拭干净，然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨，再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒；
步骤3、在热敏材料的上表面喷上脱脂液，擦拭干净，然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨，再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
步骤4、将磁致伸缩材料及热敏材料按顺序放置于玻璃板上并依次用胶粘结起来成结构件；
步骤5、将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪准确黏贴在结构表面上，使栅区对齐热敏材料，腔区对齐磁致伸缩材料。
有益效果
本发明提出的光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头及其制作方法，磁致伸缩材料改变光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的腔长，热敏材料改变光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的中心反射波长，同时获取传感头所处环境的温度变化和被测电流产生的磁场强度变化的信息，通过计算去掉温度的影响而得到被测电流的电流强度值，本方法能消除温度变化对测量结果的影响。
附图说明
图1是本发明一种光纤电流传感器的传感头第一实施方式的结构示意图；
图中，1-热敏材料(铝块)，2-磁致伸缩材料，3-光纤光栅法布里-珀罗干涉仪。
图2是本发明一种光纤电流传感器的传感头第二实施方式的结构示意图
图中，1-热敏材料(石英玻璃)，2-磁致伸缩材料，3-光纤光栅法布里-珀罗干涉仪。
具体实施方式
现结合附图对本发明作进一步描述：
实施例1
请参阅图1，其是本发明第一实施方式的结构示意图。所述光纤电流传感器传感头包括铝块1，磁致伸缩材料2，光纤光栅法布里-珀罗干涉仪3。
所述光纤电流传感器传感头的制作步骤为：1.选取合适的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪测量其栅长及腔长并做标记；2.根据计算选取合适长度的磁致伸缩材料并将磁致伸缩材料的上下两表面及粘贴面进行平整光洁；3.根据计算选取合适长度的铝块并将铝块的上表面及粘贴面进行平整光洁；4.将磁致伸缩材料及铝块按照铝块-磁致伸缩材料-铝块的顺序放置于玻璃板上并依次用胶粘结起来，保证其上表面处于同一水平面内；5.将结构件上表面进行平整光洁；6.将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪准确粘贴在结构表面上，使栅区对齐铝块，腔区对齐磁致伸缩材料。
所述选取合适的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪测量其栅长及腔长并做标记的步骤1，包含以下步骤：a、选取反射率不高于30％，腔长不大于2cm，光栅中心的反射波长为1550nm的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪；b、所用光源为中心波长是1550nm的宽带光源；c、将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪置于白色发光面板上，使透过光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的光散射的即为光栅区，标注光栅区并测量其长度。
所述根据测量结果选取合适长度的磁致伸缩材料并将磁致伸缩材料的上表面及粘贴面进行平整光洁的步骤2：它的实施过程为：a、选取的磁致伸缩材料磁致伸缩系数和线性工作区间须满足测量要求，用超磁致伸缩材料Tb0.30Dy0.70Fe1.95，工作的磁场线性区间为20毫特-100毫特；b、选取的磁致伸缩材料的长度等于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的腔长，其大小为为20mm×8mm×4mm；c、磁致伸缩材料的磁致伸缩方向必须与长方体的长边平行，与另一方向的边垂直；d、在磁致伸缩材料的上下表面喷上脱脂液，擦拭干净；e、然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨；f、最后再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
所述根据测量结果选取合适长度的铝块并将铝块的上表面及粘贴面进行平整光洁的步骤3，它的实施过程为：a、要求选取适当大小的铝块的长度等于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的栅长，其大小为10mm×8mm×4mm。
所述将铝块的表面进行平整光洁的步骤3，它的实施过程为：a、选取的铝块必须纯净，不含杂质；b、在铝块的表面喷上脱脂液，擦拭干净；c、然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨；d、最后再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
所述将磁致伸缩材料及铝块顺次用胶粘结起来的步骤4，它的实施过程为：a、将磁致伸缩材料及铝块按照铝块-磁致伸缩材料-铝块的顺序放置于玻璃板上；b、在其端面涂胶并将其粘结起来，保证其上表面处于同一水平面内。
将结构件上表面进行抛光的步骤5，它的实施过程为：a、在结构件的表面喷上脱脂液，擦拭干净；b、然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨；c、最后再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
所述将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪粘贴在结构件的表面上步骤6，它的实施过程为：a、用热膨胀小，凝固强度大，结构稳定，不易老化变质的黏胶；b、黏胶均匀的涂在平整光洁后的磁致伸缩材料表面。
实施例2
请参阅图2，其是本发明第二实施方式的结构示意图。所述光纤电流传感器传感头包括石英玻璃1，磁致伸缩材料2，光纤光栅法布里-珀罗干涉仪3。
所述光纤电流传感器传感头的制作步骤为：1.选取合适的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪测量其栅长及腔长并做标记；2.根据计算选取合适长度的磁致伸缩材料并将磁致伸缩材料的上下两表面及粘贴面进行平整光洁；3.根据计算选取合适长度的石英玻璃并将石英玻璃的粘贴面进行平整光洁；4.将磁致伸缩材料及石英玻璃按照石英玻璃-磁致伸缩材料-石英玻璃的顺序放置于玻璃板上并依次用胶粘结起来，保证其上表面处于同一水平面内；5.将结构件上表面进行平整光洁；6.将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪准确粘贴在结构表面上，使栅区对齐石英玻璃，腔区对齐磁致伸缩材料。
所述选取合适的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪测量其栅长及腔长并做标记的步骤1，包含以下步骤：a、选取反射率不高于30％，腔长不大于2cm，光栅中心的反射波长为1550nm的光纤光栅法布里-珀罗干涉仪；b、所用光源为中心波长是1550nm的宽带光源；c、将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪置于白色发光面板上，使透过光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的光散射的即为光栅区，标注光栅区并测量其长度。
所述根据测量结果选取合适长度的磁致伸缩材料并将磁致伸缩材料的上表面及粘贴面进行平整光洁的步骤2：它的实施过程为：a、选取的磁致伸缩材料磁致伸缩系数和线性工作区间须满足测量要求，用超磁致伸缩材料Tb0.30Dy0.70Fe1.95，工作的磁场线性区间为20毫特-100毫特；b、选取的磁致伸缩材料的长度等于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的腔长，其大小为为20mm×8mm×4mm；c、磁致伸缩材料的磁致伸缩方向必须与长方体的长边平行，与另一方向的边垂直；d、在磁致伸缩材料的上表面喷上脱脂液，擦拭干净；e、然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨；f、最后再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
所述根据测量结果选取合适长度的石英玻璃并将石英玻璃的上表面及粘贴面进行平整光洁的步骤3，它的实施过程为：a、选取的石英玻璃必须纯净，不含杂质，表面和端面平整光滑；b、要求选取石英玻璃的长度等于光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的栅长，其大小为10mm×8mm×4mm。
所述将磁致伸缩材料及石英玻璃顺次用胶粘结起来的步骤4，它的实施过程为：a、将磁致伸缩材料及铝块按照石英玻璃-磁致伸缩材料-石英玻璃的顺序放置于玻璃板上；b、在其端面涂胶并将其粘结起来，保证其上表面处于同一水平面内。
将结构件上表面进行抛光的步骤5，它的实施过程为：a、在结构件的表面喷上脱脂液，擦拭干净；b、然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨；c、最后再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
所述将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪粘贴在结构件的表面上步骤6，它的实施过程为：a、用热膨胀小，凝固强度大，结构稳定，不易老化变质的黏胶；b、黏胶均匀的涂在平整光洁后的磁致伸缩材料表面。
Claims (5)
1.一种光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于：在磁致伸缩材料(2)的两端设计热敏材料(1)，将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪粘贴于上述磁致伸缩材料(2)与热敏材料(1)形成的结构件上；所述热敏材料(1)的长度与光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的栅长相等，所述磁致伸缩材料的长度与光纤光栅法布里-珀罗干涉仪的腔长相等，且栅区对齐热敏材料1，腔区对齐磁致伸缩材料(2)。
2.根据权利要求1所述的光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于：所述的磁致伸缩材料(2)的边长为10～40mm，宽为3～8mm，高为2～4mm。
3.根据权利要求1所述的光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于：所述的热敏材料(1)长为10～30mm，宽高均与磁致伸缩材料相等。
4.根据权利要求1所述的光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于：所述的热敏材料(1)为铝块或石英玻璃。
5.一种制备权利要求1～4所述的任一光纤光栅法布里-珀罗电流传感器的传感头，其特征在于步骤如下：
步骤1、将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪在丙酮中浸泡10分钟取出，擦洗干净再用酒精擦拭干净，并测量其栅长及腔长；
步骤2、在磁致伸缩材料的上表面喷上脱脂液，擦拭干净，然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨，再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒；
步骤3、在热敏材料的上表面喷上脱脂液，擦拭干净，然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨，再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。
步骤4、将磁致伸缩材料及热敏材料按顺序放置于玻璃板上并依次用胶粘结起来成结构件；
步骤5、将光纤光栅法布里-珀罗干涉仪准确黏贴在结构表面上，使栅区对齐热敏材料，腔区对齐磁致伸缩材料。
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