[发明专利]温度自补偿的光纤光栅电流传感器的传感头及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种温度自补偿的光纤光栅电流传感器的传感头及其制作方法。

背景技术

随着电力工业的发展，在高压输电领域输电母线上的电流越来越大。对这种高压大电流进行测量比较困难，对测量系统的要求也很高。传统的电磁式传感器面临高压、非绝缘、及电磁干扰等问题，进行测量给电学敏感元件带来了危损，也使得测量系统的结构复杂、成本高昂。

基于磁致伸缩材料的光纤光栅电流传感器是一种新型的电流传感器，其以光纤光栅的中心反射波长作为敏感带测量，避免了强度调制式光纤传感器极易受到的各种干扰因素，其测量装置较稳定、测量精度较高，但其所使用的磁致伸缩材料同时受磁场和温度影响，是困扰光纤光栅电流传感器实用化的一个关键技术，现已公开的文献“应用光纤Bragg光栅的新型直流电流测量方法(《高电压技术》，Vol.33，No.7，2007，p67-71)”给出了用双光栅进行温度补偿的方法，但这种方法误差较大，而且同时要使用两根光纤光栅，给解调带来了一定的困难，因此需要做进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种温度能自动补偿的光纤光栅电流传感器的传感头及其制作方法。该传感器能滤除磁致伸缩材料的温度应变而只对磁应变响应，不需要外加其它的测温元件，可以减小误差，提高测量精度。

本发明所述的温度自动补偿的光纤光栅电流传感器的传感头，是将一根光纤光栅一段包层被腐蚀掉一圈而形成一根新的，两小段包层直径不同的光纤光栅，一块磁致伸缩材料和一块热敏材料粘结在一起，把经过处理的光纤光栅粘贴在其上，直径不同的光栅段分别对齐磁致伸缩材料和热敏材料；

所述的光纤光栅由石英玻璃制作，其中一段的包层被腐蚀掉一圈而成为两小段包层直径不同的光纤光栅，两小段光纤光栅有不同的应变响应系数和相同的温度响应系数；

所述的磁致伸缩材料为一长方体，它的磁致伸缩方向与长边平行，磁致伸缩材料的边长为2～100mm，厚为0.5～20mm。

所述的热敏材料不受磁场影响、热膨胀均匀、热膨胀系数与磁致伸缩材料接近，形状大小和磁致伸缩材料完全一致，热敏材料的边长为2～100mm，厚为0.5～20mm。热敏材料和磁致伸缩材料固定在光纤光栅的包层直径不同的位置，二者紧密连接，其光纤光栅粘贴在结构件表面的中央且与长边平行。

本发明所述温度自补偿的光纤光栅电流传感器的传感头的制作工艺，包括下述步骤：

a、选取合适的光纤光栅擦洗干净去掉所要腐蚀部分的保护层；

b、对光纤光栅的包层进行腐蚀，使之形成直径不同的光栅段；

c、选取合适长度的磁致伸缩材料，将磁致伸缩材料的表面进行平整光洁；

d、选取合适长度的热敏材料，将热敏材料的表面进行平整光洁；

e、将磁致伸缩材料和热敏材料按图1置于平面上依次用胶粘结；

f、将光纤光栅粘贴在结构件上表面。

所述的光纤光栅腐蚀前需在丙酮中浸泡10分钟取出，擦洗干净再用酒精擦拭。

所述对光纤光栅的包层进行腐蚀，首先用光纤刀将处理过的光纤光栅所要腐蚀部分的保护层剥去，再把去掉保护层的栅段浸入浓度较大的氢氟酸溶液中腐蚀一段时间，然后改用浓度较小的的氢氟酸继续进行腐蚀，直至光栅区包层的直径满足要求；最后对腐蚀完成后的光纤光栅进行清洗，并在其两端粘合导光光纤。

所述磁致伸缩材料的磁致伸缩系数和线性工作区间及长度满足测量要求，使用前需在其表面喷上脱脂液，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；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。

所述的热敏材料不受磁场影响、热膨胀均匀、热膨胀系数与磁致伸缩材料接近；使用前需在其表面喷上脱脂液，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；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。

所述的磁致伸缩材料和热敏材料用胶粘结需保证其上表面处于同一平面内。

所述的光纤光栅是用热膨胀小，凝固强度大，结构稳定，不易老化变质的环氧胶粘合固定于两块材料表面。

由于本发明在设计上实现了传感头温度的自动补偿，使测量结果不受温度影响，解决了光纤光栅电流传感器受外界温度干扰而不稳定的问题，本发明提供的温度自补偿光纤光栅电流传感器的精度高、可靠性好。该设计是全光纤结构，解决了电磁绝缘问题，特别是在高压输电领域优于传统的电磁式传感器。本发明结构简单、体积小、重量轻、安装简便，使得装置在挂网运行上方便、简单、易于操作，有传统电磁式传感器无法比拟的优点。