专利名称：磁致伸缩式光纤光栅电流传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于光纤光栅传感技术领域，具体涉及一种磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，特别适合于电力系统电流的测试计量。
技术背景随着电力传输工业的进步和发展，电力系统的工作电压日益增高，传统的电流测量和电路防护技术存在很多技术弱点，研究和发展新型的电流测量技术已成为迫切的要求。传统的电流测量普遍采用电磁感应式电流互感器，这类互感器存在着造价昂贵，体积庞大，安全系数低等缺点。与其相比，本实用新型提出的采用磁致伸缩式光纤光栅电流传感器具有明显的优越性(1)采用电绝缘介质作为敏感元件，与高压线路隔离，绝缘性好，安全可靠(2)响应速度快，灵敏度高，线性关系好，稳定性好(3)体积小，重量轻，易于安装(4)有利于实现准分布式测量(5)有利于电力系统自动化水平的提高实用新型内容本实用新型的目的在于克服传统电磁感应式电流互感器的缺点，提供一种测量精度高、响应速度快、线性关系好、安全性高的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器。本实用新型将超磁致伸缩材料与光纤光栅合理的结合，利用电流产生的磁场对超磁致伸缩材料的作用调制光纤光栅，通过检测光纤光栅反射波长的漂移确定待测待电流。
为达到上述目的，本实用新型采用的解决方案是在壳体内设置有超磁致伸缩材料制成的超磁致伸缩棒。超磁致伸缩材料在磁场作用下，其长度会随磁场的变化发生伸长或缩短的现象。其伸缩量比传统的铁、钴、镍等磁致伸缩材料的伸缩量大几十到一百倍。同时具有响应速度快(在微秒量级)，机械性能好等优点。
采用光纤光栅作为敏感元件。光信号经传输光纤到达光纤光栅，由于光纤光栅的波长选择特性，当某一入射波长满足反射条件时，该波长的光被耦合为反向传输模，并沿传输光纤反射回来，被光谱分析仪器检测。如果光纤光栅受到应力作用，产生轴向应变时，其反射条件发生变化，就会引起反射波长的移动。将光纤光栅粘接固定在超磁致伸缩材料上，当超磁致伸缩材料伸长或者缩短时，使光纤光栅感受应力作用，从而引起传感信号的变化。
本实用新型一种横向磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其特征在于，其中包括一壳体，该壳体为一矩形密封箱体；一内置电缆，该内置电缆容置在壳体内的纵向位置的中间；
两电缆接口，该两电缆接口固定在壳体的两端，该两电缆接口分别与壳体内的内置电缆的两端连接。
两导磁轭铁，该两导磁轭铁为矩形片体；两超磁致伸缩片，该超磁致伸缩片为矩形片体，该两超磁致伸缩片与两导磁轭铁围组在内置电缆上，形成一方形筒体，该两超磁致伸缩片与两导磁轭铁为交错排列；两蝶型弹簧，该两蝶型弹簧分别容置壳体与两导磁轭铁之间并低顶住两导磁轭铁；一第一光纤光栅，该第一光纤光栅的两端用胶固定在一超磁致伸缩片的一侧；一第二光纤光栅，该第二光纤光栅的一端与第一光纤光栅的一端连接，该第二光纤光栅的一端部伸出于壳体之外。
本实用新型提出的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器具有体积小，响应速度快，检测精度高等优点。同时由于利用了光纤传输线路，易于铺设分布式传感网络，便于实现在线实时测量。
为进一步说明本实用新型的技术内容，以下结合实施例及附图对本实用新型作进一步的详细说明，其中图1为本实用新型结构示意图；图2为图1中A-A向剖视图。
具体实施方式
参阅图1及图2，为本实用新型的实施例本实用新型一种横向磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其特征在于，其中包括一壳体9，该壳体9为一矩形密封箱体；一内置电缆5，该内置电缆5容置在壳体9内的纵向位置的中间，该内置电缆5的两端低顶该壳体9的两端壁上；两导磁轭铁6，该两导磁轭铁6为矩形片体；两超磁致伸缩片2，该超磁致伸缩片2为矩形片体，该两超磁致伸缩片2与两导磁轭铁6围组在内置电缆5上，形成一方形筒体，该两超磁致伸缩片2与两导磁轭铁6为交错排列；两蝶型弹簧8，该两蝶型弹簧8分别容置壳体9与两导磁轭铁6之间并低顶住两导磁轭铁6；一第一光纤光栅3，该第一光纤光栅3的两端用胶固定在一超磁致伸缩片2的一侧；一第二光纤光栅4，该第二光纤光栅4的一端与第一光纤光栅3的一端连接，该第二光纤光栅4的一端部伸出于壳体9之外；两电缆接口2，该两电缆接口2固定在壳体9的两端，该两电缆接口2分别与壳体9内的内置电缆5的两端连接。
其中壳体9为密封结构，在壳体9内安装有感应电缆5，通过电缆接口2可以方便地接入电力传输线路中。
通过预紧蝶型弹簧8将压力由导磁轭铁6传递到两超磁致伸缩片2上，使超磁致伸缩片2受到预应力作用，从而使其磁致伸缩性能产生“跳跃效应”，即在低磁场中磁致伸缩系数大大提高。
采用两片片状超磁致伸缩材料2，和两片导磁轭铁6组成闭合磁路。在超磁致伸缩片2和导磁轭铁片6交错围组成的矩形筒内置有电缆5，通过电路接口1与外部电路接通。光纤光栅3直接用粘胶7粘结固定在超磁致伸缩片2上，另串联一光纤光栅4做温度补偿，并通过传输光纤延伸至壳体外。
本实用新型的具体工作原理如下本实用新型实施例中，整个装置可以通过电路接口1接入电力系统的传输线路。当传输线路中的电流信号发生变化时，电缆5周围感生出的磁场也随着电流信号发生变化。超磁致伸缩片2就会随着周围磁场的的变化伸长或缩短，从而带动粘结固定在其上的光纤光栅3伸长或缩短。这样光纤光栅3在受到拉应力或者压应力的作用后，产生轴向应变，引起其反射波长的漂移。通过检测其反射波长的移动，可以确定电流信号的变化。
考虑到光纤光栅同时对温度和应变敏感，因此当温度和应变同时发生变化时，仅测量单个光栅的波长变化将无法区分出由温度和应变分别引起的反射波长变化，从而引入了测量误差。为克服这一影响，本实施例中在同一传输线路上串联另一光纤光栅4，其一端与光纤光栅3相连，一端延伸至壳体外。由于光纤光栅4不受应力的作用，而只对温度敏感，所以其反射波长的漂移恰恰反映了壳体内温度的变化。但是由于光纤光栅3粘结在超磁致伸缩材料片上，该材料的热胀冷缩效应会引起其温度灵敏度产生微小变化，从而与光纤光栅4的温度灵敏度有所不同。通过预先修正两者的温度灵敏度，并测量两者反射波长的差异，就可以对由温度引起的测量误差进行补偿。
从上面的描述中可以清楚地看出，本实用新型提出的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器具有体积小，响应速度快，检测精度高等优点。同时由于利用了光纤传输线路，易于铺设分布式传感网络，便于实现在线实时测量。
虽然参照上述实施例详细地描述了本发明，但是应该理解本发明并不限于所公开的实施例，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变。本发明意欲涵盖所附权力要求书的精神和范围内的各种变型。
权利要求1.一种横向磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其特征在于，其中包括一壳体，该壳体为一矩形密封箱体；一内置电缆，该内置电缆容置在壳体内的纵向位置的中间；两电缆接口，该两电缆接口固定在壳体的两端，该两电缆接口分别与壳体内的内置电缆的两端连接；两导磁轭铁，该两导磁轭铁为矩形片体；两超磁致伸缩片，该超磁致伸缩片为矩形片体，该两超磁致伸缩片与两导磁轭铁围组在内置电缆上，形成一方形筒体，该两超磁致伸缩片与两导磁轭铁为交错排列；两蝶型弹簧，该两蝶型弹簧分别容置壳体与两导磁轭铁之间并低顶住两导磁轭铁；一第一光纤光栅，该第一光纤光栅的两端用胶固定在一超磁致伸缩片的一侧；一第二光纤光栅，该第二光纤光栅的一端与第一光纤光栅的一端连接，该第二光纤光栅的一端部伸出于壳体之外。
专利摘要一种横向磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，包括一壳体为一矩形密封箱体；一内置电缆容置在壳体内的纵向位置的中间；两电缆接口固定在壳体的两端，该两电缆接口分别与壳体内的内置电缆的两端连接；两导磁轭铁为矩形片体；两超磁致伸缩片为矩形片体，该两超磁致伸缩片与两导磁轭铁围组在内置电缆上，形成一方形筒体，该两超磁致伸缩片与两导磁轭铁为交错排列；两蝶型弹簧分别容置壳体与两导磁轭铁之间并低顶住两导磁轭铁；一第一光纤光栅，其两端用胶固定在一超磁致伸缩片的一侧；一第二光纤光栅，其一端与第一光纤光栅的一端连接，该第二光纤光栅的一端部伸出于壳体之外。
文档编号G01R15/14GK2646717SQ0327587
公开日2004年10月6日 申请日期2003年8月1日 优先权日2003年8月1日
发明者田珂珂, 刘育梁 申请人:中国科学院半导体研究所