专利名称：光纤电流/磁场传感器的制作方法
技术领域：
本发明是以光学方法检测电流/磁场的器件。
电流/磁场传感是光纤传感的一个重要应用方面，其基本原理是利用被测对象电流/磁场的变化对光纤中的光信号进行调制，并根据对光纤中光信号的检测来实现对被测对象的电流/磁场检测。
对于微弯光纤传感器应用于电流/磁场传感方面，目前研究的较少。本发明的目的即在于提供一种简单可靠的利用微弯光纤传感器实现电流/磁场检测的新型光纤电流/磁场传感器。
微弯光纤电流/磁场传感器是利用光纤的微弯损耗现象实现对电流/磁场的检测的。其基本原理是将光纤中的传输导模耦合入辐射模。随着微弯机制的变化，无论是光纤中的透射光强，还是逸出光纤的辐射光强都将发生变化。在微弯光纤电流/磁场传感器中，利用被测对象电流/磁场变化所导致的材料磁致伸缩来对光纤进行调制，从而使光纤发生微弯损耗，光纤微弯损耗的程度与被测对象电流/磁场相关。通过探测光纤中光信号的损耗，即可实现对被测对象电流/磁场的测量。
本发明的具体解决方案为包括由两块具有相对的，相互错开的波纹表面的板构成的微弯变形器，两块由具有特定的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料制成的电流/磁场感应器，两者共同构成光纤微弯调制器。信号光纤置于调制器的齿隙之间，并受齿间间隙变化的影响而产生微弯变形。
当被测对象电流/磁场发生变化时，电流/磁场感应器的几何尺寸因为磁致伸缩发生变化，进而带动微弯变形器产生位移，并进一步改变信号光纤的弯曲程度，从而导致信号光纤中的光信号的损耗发生变化，其透射光强及辐射光强亦发生变化，通过对信号光纤中光信号的检测，即可实现对被测对象的电流/磁场测量。
该电流/磁场传感器中，既可以采用采用两块电流/磁场感应器从微弯变形器两侧同时调制的形式，也可以采用一块电流/磁场感应器从微弯变形器单侧进行调制，微弯变形器另一侧固定的形式。
该电流/磁场传感器中，微弯变形器可由其他材料单独制作，也可用与电流/磁场感应器相同的材料制作并可将两者做成一体。
该电流/磁场传感器中，信号光纤是一根完整的光纤，在传感器中，无需对光纤进行对准。
为了消除其他因素的干扰，该光纤电流/磁场传感器还包括一根参考光纤。该参考光纤与信号光纤处于同一环境下，但不经过微弯变形器，从而有效消除了其他外界因素对测量结果的影响。
为了准确进行电流/磁场探测，整个传感器可安装于由其它材料制成的基座上，也可直接用与电流/磁场感应器相同的材料制作基座，并可将基座与电流/磁场感应器制成一体。
附
图1本发明的最简单形式的截面侧视图。
附图2是本发明的单侧调制的结构示意图。
附图3是本发明的双侧调制的结构示意图。
附图4是本发明中，透射光强与微弯器位移的关系。
从附图1可以看出，本发明是由两块具有相对的，相互错开的波纹表面的板(部件2，4)构成的微弯变形器与由具有特定的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料制成的电流/磁场感应器(部件1，5)共同构成光纤微弯调制器。通过电流/磁场感应器与微弯变形器将被测对象电流/磁场的变化转换为微弯变形器Y方向的位移，位于微弯变形器齿隙间的光纤(部件3)在微弯变形器Y方向的位移作用下产生弯曲，其弯曲程度随被测对象的电流/磁场变化而变化并导致通过光纤中的光信号的损耗发生变化，其透射光强及辐射光强亦发生变化。通过对光纤输出光信号的的测量，即可实现对被测对象的电流/磁场检测。
附图4是本发明中，透射光强与微弯器位移的关系。从图中可以看出，该曲线有三个性质不同的区域。其中I区光纤弯曲较小，仅有部分最易泄漏的模发生辐射，II区为线性区，约占透射测量段的60％，III区则表明，如果光纤弯曲程度过大，则光纤中光信号几乎全部损耗，调制灵敏度大幅度下降，本发明即利用图中II区来实现对信号光纤的调制。
在实际使用中，根据实际需要为微弯变形器选择不同的预加偏载以及选用不同的磁致伸缩材料制作电流/磁场感应器，从而实现在不同环境下的电流/磁场检测。
根据具体的工艺，结构以及实际使用中的要求，对于微弯变形器，电流/磁场感应器以及基座可以有多种实际应用方式。可以将微弯变形器与电流/磁场感应器作为两个部件分别制作(见附图2-a，附图3-a)，然后再组合在一起，也可以将二者制成一体(见附图2-b，附图3-b)，可以将基座作为一个独立部分单独制作，也可以将基座与电流/磁场感应器制成一体，可以采用微弯变形器一端固定，用一个电流/磁场感应器从单侧进行调制的方式(见附图2)，也可以采用两个电流/磁场感应器从两侧同时进行调制的方式(见附图3)。具体的应用方式应该根据实际使用中的要求来确定。
在传感器使用时，将其直接固定在被测对象上，被测对象电流/磁场的变化传递到传感器的电流/磁场感应器，使电流/磁场感应器的几何尺寸发生变化，并导致微弯调制器的位移，光纤在该位移的作用下产生弯曲并且弯曲振幅随被测对象的电流/磁场变化而变化，这使光纤中的光信号的损耗发生变化，其透射光强及辐射光强亦发生变化，通过对光纤中输出光信号的检测，即可实现对被测对象电流/磁场的检测。
为避免光纤被微弯调制器中的波纹状的齿损伤，可以在光纤的周围以及微弯调制器的齿隙中填充柔性缓冲材料，以起缓冲和保护作用。或者采用由柔性材料制成的垫片，并将其粘在微弯调制器的波纹状的齿上，当微弯调制器产生位移时，光纤被齿挤压，由于垫片的柔性，同样可以使光纤产生弯曲变形并引起光纤中光信号损耗的变化。
为了有效消除外部环境中其他因素的干扰，参考光纤应该尽量靠近信号光纤，以达到与信号光纤处于相同外部环境的目的，从而有效消除外部环境对测量结果的影响。
权利要求
1一种光纤电流/磁场传感器，包括由两块具有相对的，相互错开的波纹表面的板构成的微弯变形器，一根夹在微弯变形器中间的信号光纤，一根参考光纤和两块由具有特定的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料制成的电流/磁场感应器。光纤的一端装有信号发送装置，另一端装有信号接收装置。
2如权利要求1所述光纤电流/磁场传感器，其特征在于电流/磁场变化时，电流/磁场感应器的几何尺寸因为磁致伸缩发生变化，进而带动微弯变形器运动，改变信号光纤的弯曲程度，从而实现对信号光纤中光强的调制。
3如权利要求1或2所述光纤电流/磁场传感器，其特征在于微弯变形器可由其他材料单独制作，也可用与电流/磁场感应器相同的材料制作并可将两者做成一体。
4如权利要求1或2或3所述的光纤电流/磁场传感器，其特征在于整个传感器既可以安装于由其它材料制成的基座上，也可直接用与电流/磁场感应器相同的材料制作基座，并可将基座与电流/磁场传感块制成一体。
5如权利要求1或2或3所述光纤电流/磁场传感器，其特征在于可以采用两块电流/磁场感应器从微弯变形器两侧同时调制的形式，也可以采用一块电流/磁场感应器从微弯变形器单侧进行调制，微弯变形器另一侧固定的形式。
6如权利要求1或2所述的光纤电流/磁场传感器，其特征在于包括一根与信号光纤处于同一环境下，但不经过微弯变形器的参考光纤。
7如权利要求1或2或3所述光纤电流/磁场传感器，其特征在于信号光纤是一根完整的光纤，在传感器中无需进行光纤对准。
全文摘要
一种微弯光纤电流/磁场传感器，包括由两块具有相对的，相互错开的波纹表面的板构成的微弯变形器，一根夹在变形器中间的信号光纤，一根参考光纤和两块由具有特定的磁致伸缩系数的磁致伸缩材料制成的电流/磁场感应器。其中微弯变形器可由其他材料单独制作，也可用与电流/磁场感应器相同的材料并将两者做成一体。在电流/磁场变化时，电流/磁场感应器的几何尺寸因为磁致伸缩发生变化而推动微弯变形器运动，改变信号光纤的弯曲程度，从而实现对信号光纤中光强的调制。参考光纤与信号光纤处于相同的外界环境，但不通过变形器，以补偿因为其他外界因素导致的误差。光纤上覆有涂层，涂层有效提高了光纤对外界环境的适应能力。
文档编号G01R29/12GK1940483SQ20051001949
公开日2007年4月4日 申请日期2005年9月28日 优先权日2005年9月28日
发明者王敏 申请人:王敏