[发明专利]磁光电流传感器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学电流传感器，尤其是一种用于电力系统高压大电流测 量的磁光电流传感器及其制造方法。

背景技术

光学电流互感器(Optical Current Transducer，简称OCT)是以法拉第磁光 效应为基础，直接或间接对电流进行测试的装置。光学电流互感器以其绝缘性 能好、抗电磁干扰能力强、造价低、动态测量范围大、不含铁芯、不存在磁饱 和、铁磁谐振、体积小、重量轻等优良性能，最有希望成为智能电网中理想的 电流互感器。智能电网中电流传感器是电力系统中输变电线路不可缺少的重要 设备。它的应用能够提高投资效率、运行效率和经营效率，实现向集约化和精 细化发展方式的转变。

在先发明专利中，一种磁光电流传感器及其制造方法(参见发明专利：申 请号200910183929.1，公开号CN101672870A)。该传感器中采用方位探测器 检测偏振光通过磁光晶体后偏转角度的变化，而后通过电信号进行信息传输。 该系统有相当的优点，但应用范围较为狭窄，温度变化、器件抖动对整个系统 的影响较大，此外还有如下不足：

1、传感器没有对光纤输入部分进行矫正，继而无法排除输入光纤抖动等 原因引起噪声，无法保证整个系统的精度；

2、传感器没有对光纤输出部分进行矫正，继而无法排除磁光晶体抖动、 输出光纤抖动、温漂等原因引起的噪声。

3、磁光晶体前加偏振片增大了整个器件的体积，不利于降低成本。

发明内容

为克服上述现有技术中存在的不足，本发明提供了一种模块化设计的磁光 电流传感器装置及其制造方法，扩大该传感器的应用范围，提高该传感器用于 测量时的抗干扰性能及测量精度。

为实现上述第一个目的，本发明的技术解决方案是：

一种磁光电流传感器，其特征在于：采用模块化的器件结构，包括沿光路 方向依次排列设置的光纤输入模块、光纤输入矫正模块、磁光晶体模块、光纤 输出模块及光纤输出矫正模块，其中所述光纤输入矫正模块与光纤输入模块的 偏振分束器相关联，并与光线输入模块一并输出至磁光晶体模块，所述磁光晶 体模块的输出相连到光纤输出模块的偏振分束器，且所述光纤输出矫正模块与 所述光纤输出模块的偏振分束器相关联。

进一步地，前述的一种磁光电流传感器，其中该磁光晶体模块包括石榴石 及其上沿光路方向依次生长形成的缓冲层、永磁薄膜及保护层，其中所述缓冲 层的薄膜厚度为5nm～100μm；所述永磁薄膜的厚度为10nm～1cm，至少包括 钕铁硼、钐钴、铝镍钴中的一种或一种以上；所述保护层的厚度为1nm～ 10μm，至少包括SiO₂、SiN、Cr、Ta中的一种或一种以上。

进一步地，前述的一种磁光电流传感器，其中该用于提供偏振光源的光纤 输入模块包括保偏输入光纤、输入光纤准直器、偏振分束器；该光纤输入矫正 模块包括相串联的光纤准直器、保偏输出光纤及光强探测器；该用于提供探测 及分析用输出光的光纤输出模块包括偏振分束器、输出光纤准直器、保偏输出 光纤及光强探测器；该光纤输出矫正模块包括相串联的光纤准直器、保偏输出 光纤及光强探测器。

本发明的第二个目的，将通过如下技术方案来实现：

一种磁光电流传感器的制造方法，沿光路定位设置各模块化构件，其特征 在于：所述模块化构件中的磁光晶体模块的制备方法包括步骤：I、采用超声 波清洗并烘干石榴石，将掩膜板压贴于石榴石表面；II、将石榴石放入薄膜生 长系统中，真空环境下在石榴石表面依次生长缓冲层及永磁薄膜；III、对生长 产物升温至550℃～800℃进行二次退火；IV、室温下生长保护层，并对永磁薄 膜磁化充磁，得到磁光晶体模块。

进一步地，前述的磁光电流传感器的制造方法，其中步骤II中薄膜生长的 方法至少包括磁控溅射法、电子束蒸发法或脉冲激光沉积法。

实施本发明的技术方案，其优点为：

通过模块化设计对光纤输入和光纤输出进行双重矫正，解决了因光学系统 抖动或温度漂移等原因引起的噪声，大幅提升了磁光电流传感器受温漂等因素 影响下的测量精度。并且采用缓冲层增强了永磁薄膜与衬底之间的附着力，从 而提高永磁薄膜的磁学性质，使得偏振光的旋转角更大，测量精度更高。