专利名称：一种光纤珐珀电流传感器及其制备方法
技术领域：
本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种光纤珐珀电流传感器。
背景技术：
伴随着城市人口和建设规模的扩大，各种用电设备的增多，用电量越来越大，城市 的供电设备经常超负荷运转，用电环境变得越来越恶劣，对电源的“考验”越来越严重。据 统计，每天，用电设备都要遭受120次左右各种的电源问题的侵扰，电子设备故障的60%来 自电源。因此，电源问题的重要性日益凸显出来。原先作为配角，资金投入较少的电源越来 越受到厂商和研究人员的重视，电源技术遂发展成为一门崭新的技术。而今，小小的电源设备已经融合了越来越多的新技术。例如开关电源、硬开关、软 开关、参数稳压、线性反馈稳压、磁放大器技术、数控调压、PWM、SPWM、电磁兼容等等。实际需 求直接推动电源技术不断发展和进步，为了自动检测和显示电流，并在过流、过压等危害情 况发生时具有自动保护功能和更高级的智能控制，具有传感检测、传感采样、传感保护的电 源技术渐成趋势，检测电流或电压的传感器便应运而生并在我国开始受到广大电源设计者 的青睐。而传统的电流传感器基于霍尔效应，灵敏度差，而且不能测量微小电流。
发明内容
本发明所要解决的问题是如何提供一种光纤珐珀电流传感器，该传感器能克服 现有技术的缺陷，可以实现长期稳定、准确的测量交变电流。本发明所提出的技术问题是这样解决的提供一种光纤珐珀电流传感器，包括光 纤和能通入待测交变电流的线圈，其特征在于在光纤的一端面设置一个以气体或者空气 为介质的珐珀腔，所述珐珀腔包括两个反射面，一个反射面为光纤的端面，另一反射面是与 光纤端面相对应的膜片，所述膜片由金属材料或者不导电的磁性材料构成，所述线圈的设 置位置能使其通过待测交变电流时所产生的磁力线与膜片垂直并能带动膜片运动。按照本发明所提供的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述珐珀腔的横截面大 于、等于或者小于光纤的纤芯的横截面。按照本发明所提供的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由设置在 光纤端面内部正中心的圆柱形微槽和对接在光纤端面的膜片构成。按照本发明所提供的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由光纤的 端面、套设在光纤上的套管和设置在套管另一端的膜片构成。按照本发明所提供的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述线圈套置在珐珀腔 的外圆周上或者设置在珐珀腔的正下方。按照本发明所提供的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述光纤是采用石英、聚 合物、宝石或光子晶体材料制成的单模光纤。一种光纤珐珀电流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤
①在光纤的一端面上用157nm激光器加工一个圆柱形微槽，所述圆柱形微槽深度 在ΙΟμπι至IOmm之间；②在圆柱形微槽外对接上膜片，形成珐珀腔；③在膜片的垂直下方放置一组线圈，制成了光纤法珀电流传感器。一种光纤珐珀电流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①将套管两端切平，所述套管能套入光纤；②在套管的一端对接上膜片； ③将光纤插入套管中，并和膜片保持微小的距离，形成珐珀腔，用胶水固定；④在膜片的垂直下方放置线圈，制成了光纤法珀电流传感器。本发明在测量时将被测交变电流通入线圈中，线圈产生变化的磁场和膜片中涡旋 电流产生的磁场相互作用，带动膜片运动从而改变珐珀腔的腔长，用光纤拾取珐珀腔的反 射光学信号获得腔长信息，便可实现对交变电流的测量。膜片的厚度和FP腔尺寸可调节灵 敏度。传统的电流传感器基于霍尔效应，灵敏度差，而且不能测量微小电流，而本发明实 现紧凑结构、稳定性好，可以实现长期稳定、准确的测量交变电流，而且灵敏度很高，实现方 法也很简单。
图1是本发明第一种实施例的结构示意图；图2是本发明第二种实施例的结构示意图；图3是本发明第三种实施例的结构示意图；图4是本发明第四种实施例的结构示意图。其中，1、光纤，2、膜片，3、圆柱形微槽，4、线圈，5、珐珀腔，6、胶水层，7、套管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步描述如图1 图4所示，一个以气体或者空气为介质包含两个光学反射面构成的珐珀 腔，珐珀腔的一端为一膜片，该膜片由金属材料或不导电的磁性材料构成，和一组线圈组合 构成本发明的光纤珐珀电流传感器，膜片的厚度和FP腔尺寸可调节灵敏度，在测量时将被 测交变电流通入线圈中，线圈产生变化的磁场和膜片中涡旋电流产生的磁场相互作用，带 动膜片运动从而改变FP腔的腔长，用光纤拾取FP腔的反射光学信号获得腔长信息，便可实 现对交变电流的测量，构成FP腔的材料可以是石英、宝石、微结构光纤等。本发明的的光纤1是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模光纤，本 发明所述的加工是采用157nm激光加工、飞秒激光加工、红外激光加工或电子束刻蚀，本发 明所述对接是采用激光熔接、电弧熔接、或粘接。本发明的光纤由包层和纤芯构成，所述珐 珀腔的横截面可大于、等于或小于光纤的纤芯的横截面。实施例1如图1所示，包括光纤1和能通入待测交变电流的线圈2，在光纤1的一端面设置 圆柱形微槽3，深度在10 μ m至IOmm之间，在圆柱形微槽3外对接与光纤端面相对应的膜片2形成珐珀腔，膜片2由金属材料或者不导电的磁性材料构成，线圈2的设置位置是在与膜片垂直的下方。制备方法是在光纤1的端面上用157nm激光器加工一个圆柱形微槽3，深度 10 μ m至IOmm之间，在圆柱形微槽3外对接上膜片2，微槽3形成FP腔，在膜片2的垂直下 方放置一组线圈4，就制成了本发明的光纤法珀电流传感器。实施例2如图2所示，包括光纤1和能通入待测交变电流的线圈2，珐珀腔5是由光纤的端 面、套设在光纤1上的套管7和设置在套7管另一端的膜片2构成，所述膜片由金属材料或 者不导电的磁性材料构成，线圈4放置在膜片2的垂直下方。制备方法是将套管7两端切 平，在套管7的一端对接上膜片2，将光纤1插入套管7中，并和膜片2保持微小的距离，形 成珐珀腔5，用胶水层6固定，在膜片2的垂直下方放置一组线圈4，就制成了本发明的光纤 法珀电流传感器。实施例3如图3所示，结构和制备方法与实施例1相同，只有线圈4套设在珐珀腔的四周。实施例4如图4所示，结构和制备方法与实施例2相同，只有线圈4套设在珐珀腔的四周。
权利要求
一种光纤珐珀电流传感器，包括光纤和能通入待测交变电流的线圈，其特征在于在光纤的一端面设置一个以气体或者空气为介质的珐珀腔，所述珐珀腔包括两个反射面，一个反射面为光纤的端面，另一反射面是与光纤端面相对应的膜片，所述膜片由金属材料或者不导电的磁性材料构成，所述线圈的设置位置能使其通过待测交变电流时所产生的磁力线与膜片垂直并能带动膜片运动。
2.根据权利要求1所述的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述珐珀腔的横截面大 于、等于或者小于光纤的纤芯的横截面。
3.根据权利要求2所述的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由设置在 光纤端面内部正中心的圆柱形微槽和对接在光纤端面的膜片构成。
4.根据权利要求2所述的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述珐珀腔是由光纤的 端面、套设在光纤上的套管和设置在套管另一端的膜片构成。
5.根据权利要求1所述的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述线圈套置在珐珀腔 的外圆周上或者设置在珐珀腔的正下方。
6.根据权利要求1 4任一所述的所述的光纤珐珀电流传感器，其特征在于，所述光纤 是采用石英、聚合物、宝石或光子晶体材料制成的单模光纤。
7.根据权利要求3所述的光纤珐珀电流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①在光纤的一端面上用157nm激光器加工一个圆柱形微槽，所述圆柱形微槽深度在 lOiim 至 10mm 之间；②在圆柱形微槽外对接上膜片，形成珐珀腔；③在膜片的垂直下方放置一组线圈，制成了光纤法珀电流传感器。
8.根据权利要求4所述的光纤珐珀电流传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤①将套管两端切平，所述套管能套入光纤；②在套管的一端对接上膜片；③将光纤插入套管中，并和膜片保持微小的距离，形成珐珀腔，用胶水固定；④在膜片的垂直下方放置线圈，制成了光纤法珀电流传感器。
全文摘要
本发明公开了一种光纤珐珀电流传感器，包括光纤和能通入待测交变电流的线圈，其特征在于在光纤的一端面设置一个以气体或者空气为介质的珐珀腔，所述珐珀腔包括两个反射面，一个反射面为光纤的端面，另一反射面是与光纤端面相对应的膜片，所述膜片由金属材料或者不导电的磁性材料构成，所述线圈的设置位置能使其通过待测交变电流时所产生的磁力线与膜片垂直并能带动膜片运动。传统的电流传感器基于霍尔效应，灵敏度差，而且不能测量微小电流，而本发明实现紧凑结构、稳定性好，可以实现长期稳定、准确的测量交变电流，而且灵敏度很高，实现方法也很简单。
文档编号G02B26/06GK101871959SQ20101019460
公开日2010年10月27日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者冉曾令, 饶云江, 鲁恩 申请人:电子科技大学