CN201188116Y

CN201188116Y - 一种磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头

Info

Publication number: CN201188116Y
Application number: CNU2008200978688U
Authority: CN
Inventors: 王士彬; 余成波; 张莲
Original assignee: Chongqing Institute of Technology
Current assignee: Chongqing Institute of Technology
Priority date: 2008-03-24
Filing date: 2008-03-24
Publication date: 2009-01-28
Anticipated expiration: 2018-03-24

Abstract

本实用新型请求保护一种磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头，它把半径相等的起偏镜、磁流体膜和检偏镜依序紧凑组装，在外部包覆包层管，并在包层管两端装有光纤耦合器分别与入射光纤和出射光纤连接。这种传感头可以用来测量电流或者磁场，其优点是能屏蔽外部与测量无关的光线，提高测量准确度；密闭包覆易蒸发的磁流体，延长传感头的使用寿命；降低外部环境，如温度、湿度和尘埃等对测量过程的影响；采用标准化组件，接口规范，适宜批量生产，安装、调试、使用和更换方便。

Description

一种磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头

所属技术领域

本实用新型涉及把磁流体作为感应材料的测量系统，尤其是一种用光学的方法进行电流测量的传感部件。

背景技术

磁流体光学电流传感器是由激光光源、起偏镜、磁流体膜、检偏镜、光电探测器和数据采集系统组成。由激光光源发出的单色稳定光束经过起偏镜后，成为偏振方向一定的线偏振光入射到磁流体膜内部，在磁流体膜内部偏振光在外加磁场的调制下偏振方向会发生旋转，调制后的偏振光经检偏镜检偏，再进入光电探测器和数据采集系统对光强大小进行测量。在磁流体膜内部，偏振光偏振方向旋转的大小与外加调制磁场的磁场强度之间满足固定关系，当通过光电探测器测出偏振光旋转角大小的情况下，可以根据上述固定关系推导出外加磁场强度的大小。若这种外加磁场是由某电流产生的，可实现对该电流的测量。

国内外公知的用于磁流体光学电流传感器的传感头结构普遍采用无包覆式的结构，且起偏镜、磁流体膜和检偏镜各自作为一个传感元件分开排列，没有固定而紧凑的组装结构，其主要缺陷在于：

1)与测量无关的外部光线易进入光学元件中，引起测量误差；

2)没有完整包覆的磁流体易蒸发，造成传感头寿命的损耗；

3)精密的光学元件易受温度、湿度和尘埃的影响，带来测量偏差；

4)安装、调试和使用麻烦，特别是起偏镜、磁流体和检偏镜同轴等高的调节困难。

发明内容

本实用新型的目的就是为了解决上述磁流体光学电流传感器中传感头自身避免的缺陷，提供一种磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头包括有依次排列的起偏镜、磁流体膜和检偏镜，起偏镜、磁流体膜和检偏镜作为一个整体被组装包覆在包层管内，包层管两端装有光纤耦合器，分别与入射光纤和出射光纤连接，引入入射光，并引出出射光。

包层管由外壳和被紧密包覆于其内的内衬组成，外壳是内表面光滑的硬管，一方面屏蔽外部与测量无关的光线，另一方面保证起偏镜、磁流体膜和检偏镜的不会发生相对位移，影响起偏镜和检偏镜的同轴度。内衬是内外表面均光滑的弹性软管，其内径与起偏镜、磁流体膜和检偏镜的直径相等，功能是防止起偏镜、检偏镜和外壳之间的刚性接触，以免造成光学元件碎裂。

磁流体膜是一个内部充满有磁流体的、半径与起偏镜和检偏镜相同的柱状液体囊，液体囊的囊材是透明薄膜。当充满磁流体的液体囊体积一定，半径一定时，柱状磁流体膜的厚度即确定下来。使用柱状液体囊的优点在于既易于控制磁流体膜的厚度，又降低了磁流体的蒸发速度。

这种新型包覆式紧凑型传感头的优点是：

1)屏蔽外部与测量无关的光线，提高测量准确度；

2)密闭包覆易蒸发的磁流体，延长传感头的使用寿命；

3)降低外部环境，如温度、湿度和尘埃等对测量过程的影响；

4)采用标准化组件，接口规范，适宜批量生产，安装、调试、使用和更换方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型第一个实施例的示意图。

图3是本实用新型第二个实施例的示意图。

图中1.入射光纤，2.包层管外壳，3.包层管内衬，4.磁流体，5.入射光纤耦合器，6.出射光纤耦合器，7.起偏镜，8.磁流体液体囊，9.检偏镜，10.出射光纤，11.包覆式紧凑型传感头，12.载流导线，13.激光光源，14.光电探测器，15.模拟信号传输线，16.数字信号传输线，17.数据采集卡，18.计算机，19.电源，20.电源线，21.电源线，22.电源线，23.电源线，24.磁性材料。

具体实施方式

在图1中，包层管外壳2采用陶瓷材料，具有一定的厚度以保证机械强度，一般不低于3毫米，长度以完全包覆起偏镜7、磁流体液体囊8和检偏镜9为宜；包层管内衬3采用聚四氟乙烯，聚四氟乙烯可以采取热挤塑工艺成型，成型时采用吹热风的方法来获得光滑的内外表面。包层管内衬3的外径与包层管外壳2的内径相等。起偏镜7、磁流体液体囊8和检偏镜9的半径相等，均等于包层管内衬3的内半径，可取8毫米。起偏镜7和检偏镜9的侧面和端面均经过抛光处理，端面有适当的倒角以避免划伤包层管内衬的内表面，且有利于保护光学元件不发生裂口。装有磁流体4的柱状液体囊8是聚四氟乙烯材料，采用真空注入的方法充满磁流体。

在使用过程中，单色稳定光束通过入射光纤1和入射光纤耦合器5进入起偏镜7成为线偏振光，该线偏振光在通过磁流体液体囊中的磁流体时，在外加磁场的作用下，磁流体会对其中通过的线偏振光进行调制，调制强度的大小于外加磁场强度有关。被调制后的偏振光经过检偏镜9检偏，然后通过出射光纤耦合器6经出射光纤10传输出去。

在图2所示实施例中，包覆式紧凑型传感头11垂直地安置于载流导线12附近，以实现对载流导线12中通过电流进行测量。激光光源13发出的单色稳定光束通过入射光纤1穿过包覆式紧凑型传感头11。根据法拉第电磁感应定律和右手螺旋定则，载流导线12在其附近产生的磁场对包覆式传感头内部的磁流体4进行调制，从而引起偏振光偏振方向的转动，出射光线通过出射光纤耦合器6传导至出射光纤10，偏振光输送到光电探测器14对其光强进行探测，反应其强度大小的电压通过模拟信号传输线15输送到数据采集卡17，数据采集卡17的功能是实现模拟信号到数字信号的转换。转换后得到的数字信号通过数字信号传输线16输送到计算机18进行显示输出和计算。电源19通过电源线20、电源线21、电源线22和电源线23分别向激光光源13、光电探测器14、数据采集卡17和计算机18提供电能。

在图3所示实施例中，与图2所示的第一个实施例相比，是测量的对象由载流导线12中的电流变为磁性材料24产生的磁场。包覆式紧凑型传感头11安置于磁性材料24附近，在已知磁场强度所在的方向时，保证包覆式传感头的轴线与磁性材料磁场强度方向平行，以实现对磁性材料产生的磁场进行测量。激光光源13发出的单色稳定光束通过入射光纤1穿过包覆式紧凑型传感头11。根据法拉第电磁感应定律和右手螺旋定则，载流导线12在其附近产生的磁场对包覆式传感头内部的磁流体4进行调制，从而引起偏振光偏振方向的转动，出射光线通过出射光纤耦合器6传导至出射光纤10，偏振光输送到光电探测器14对其光强进行探测，反应其强度大小的电压通过模拟信号传输线15输送到数据采集卡17，数据采集卡17的功能是实现模拟信号到数字信号的转换。转换后得到的数字信号通过数字信号线16输送到计算机18进行显示输出和计算。电源19通过电源线20、电源线21、电源线22和电源线23分别向激光光源13、光电探测器14、数据采集卡17和计算机18提供电能。

Claims

1.一种磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头，包括有依次排列的起偏镜、磁流体膜和检偏镜，其特征在于所述起偏镜、磁流体膜和检偏镜作为一个整体被组装包覆在包层管内，包层管两端装有光纤耦合器，分别与入射光纤和出射光纤连接。

2.如权利要求1所述的磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头，其特征在于包层管由外壳和被紧密包覆于其内的内衬组成，外壳是内表面光滑的硬管，内衬是内外表面均光滑的弹性软管，其内径与起偏镜、磁流体膜和检偏镜的直径相等。

3.如权利要求1或2所述的一种磁流体光学电流传感器的包覆式紧凑型传感头，其特征在于所述磁流体膜为充满有磁流体的柱状液体囊。