[发明专利]光纤电流传感器的传感头及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光纤电流传感器的传感头及其制作方法，涉及光纤传感器领域。

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、非绝缘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，使用磁光晶体(如BGO晶体)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，但是其对外部环境要求较高，在实际应用中由于无法克服外界环境的干扰问题，特别是温度、振动的影响，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电流传感器的传感头及其制作方法，是一种集温度和振动补偿为一体的光纤电流传感器的传感头。

技术方案

本发明的技术特征在于：两根同种等长的单模光纤以多匝环绕方式对称固定在一个正方形的磁致伸缩材料的上下表面上，环绕方向相互垂直，两个表面呈现正交网状；所述的多匝环绕方式为：光纤从正方形的磁致伸缩材料边沿平行于边开始第一匝，下一匝回环过来平行于上一匝沿材料从外到里继续环绕，依次重复到正方形的磁致伸缩材料的中间后，光纤的回环方向改向另一侧，从正方形的磁致伸缩材料中间依次往边沿环绕与上半部形成对称环绕方式；所述的光纤环绕匝数在磁致伸缩材料表面时为奇数匝，沿伸在正方形的磁致伸缩材料外部的环绕光纤匝数为偶数匝；所述单模光纤的输出输入端口和上一个面的输出输入端在正方形的磁致伸缩材料上的位置一一对应在材料的同一个角。

所述的单模光纤多匝环绕间距均匀，光纤匝束为5～100且布满正方形的磁致伸缩材料表面。

所述的单模光纤沿伸在材料外部的光纤与上个面的延伸光纤置于同一弧形上组成一个圆形，两侧光纤束分别紧拢在一起，用包皮包裹，处于同一圆弧上，且和材料处于同一平面内，形成轴对称。

所述的正方形的磁致伸缩材料的边长为1～5cm，厚度为1～3mm。

所述的单模光纤采用粘贴在磁致伸缩材料表面上。

一种光纤电流传感器传感头的制作方法，其特征在于步骤如下：

1、据测量值和测量精度要求选取边长为1～5cm的正方形的磁致伸缩材料，厚度1～3mm。

2、将磁致伸缩材料的上下两表面进行平整光洁。

3、截取两根同种等长的单模光纤1～5m，将其用酒精擦洗干净。

4、将准备好的黏胶均匀涂到磁致伸缩材料的一个表面，将其中一根光纤多匝(5～100)环绕对称粘贴在材料一个表面上，待其凝结。

5、步骤4中粘贴的光纤稳定后，用另一根光纤在磁致伸缩材料的另一个表面重复步骤4，只是光纤纵向的粘贴方向要和前一面的粘贴方向垂直，即两根光纤在两个表面是正交粘贴。

所述测量值和测量精度要求选取适当大小的严格正方形的磁致伸缩材料，厚度1～2mm包含以下步骤：

a、选取磁致伸缩系数和线性工作区间满足测量要求的磁致伸缩材料；

b、磁致伸缩材料的磁致伸缩方向必须与正方形一边平行，与另一方向的边垂直；

c、材料厚度小，导热快，温度场可在短时间内达到平衡，1～3mm为宜。

所述将磁致伸缩材料的上下两表面进行平整光洁包含以下步骤：

a、在磁致伸缩材料的上下表面喷上脱脂液，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。

所述截取两根同种等长的单模光纤，将其用酒精擦洗干净包含以下步骤：

a、所用光纤温度特性均匀；

b、截取的两根同种光纤长度尽可能的相等；

c、选取适用于所用光源传输的光纤，且是低损耗单模光纤。