带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器的制作方法

本实用新型涉及光纤磁场传感技术领域，具体涉及一种带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器。

背景技术：

电力工业属于国家发展行业的基础行业，在国家经济建设中有着举足轻重的地位。随着工业、农业、交通、国防事业的发展，用电量越来越大，导致电力系统中额定电压和额定电流等级逐年提高。电力工业中，电流和电压的测量有着非常重要的作用，它们提供了电力系统中用于计量、控制和继电保护等所必需的信息。但是，随着用电复合的越来越多，对电流的检测提出了更高的要求，传统的电流传感器已不能很好的满足当今工业技术发展的需要，导致电力系统故障频频出现。

新型光学电流互感器能够很好的弥补传统电流互感器的不足，是传统的充油式电磁感应电流互感器的理想替代品，并且光学电流互感器在理论上几乎克服了传统的电磁式电流互感器的所有缺点，因此被广泛的研究，成为未来电流测量的一个热点领域。

光纤光栅是近些年来飞速发展的一种新型光纤无缘器件，具有成本低、重量轻、体积小、抗电磁干扰、易于实现分布测量等特点而被广泛的应用于通信和传感领域，尤其是在电流（磁场）传感领域中，各种结构的光纤光栅电流（磁场）传感器不断涌现出来。现有光纤光栅磁场传感器多数只能实现磁场单参量的测量，带有温度补偿功能的该类传感器少有的报道，根据传感器工作的实际情况，温度补偿功能必不可少。因此，有必要设计出灵敏度更高、结构更加简单的带有温度补偿的光纤光栅磁场传感器。

技术实现要素：

本实用新型的实施实例提供了带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器，是为了解决现有磁场传感器灵敏度低、稳定性差、成本过高、结构复杂同时不能实现温度补偿的问题。

为达上述目的，本实用新型实施实例采用如下技术方案：

提供了一种带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器，该磁场传感器包括光源（1）、光纤耦合器（2）、磁场传感头（3）、光谱仪（4）、一号单模光纤（5）、二号单模光纤（6）、三号单模光纤（7）；

其中，光源（1）与光纤耦合器（2）二端口一侧通过一号单模光纤（5）相连，磁场传感头（3）与光纤耦合器（2）一端口一侧通过三号单模光纤（7）相连，光谱仪（4）与光纤耦合器（2）二端口一侧通过二号单模光纤（6）相连；

磁场传感头（3），所述的磁场传感头（3）内包含有一号玻璃基板（3-1）、二号玻璃基板（3-2）、一号光纤光栅（3-3）、二号光纤光栅（3-4）、磁致伸缩材料（3-5）、四号单模光纤（3-6），其中，一号玻璃基板（3-1）与二号玻璃基板（3-2）并列放置且二者边缘通过玻璃胶粘连，一号玻璃基板（3-1）上黏附磁致伸缩材料（3-5），磁致伸缩材料（3-5）上粘有一号光纤光栅（3-3），二号光纤光栅（3-4）连有四号单模光纤（3-6）的一端粘在二号玻璃基板（3-2）上，另一端可自由移动，一号光纤光栅（3-3）的一端与二号光纤光栅（3-4）的一端通过四号单模光纤（3-6）相连，一号光纤光栅（3-3）另一端通过三号单模光纤（7）与光纤耦合器（2）相连。

所述的光源（1）的输出波长为1550nm，带宽80nm的宽带光源。

所述的光纤耦合器（2）一侧带有两端口，且这两个端口的耦合比为1:1，另一侧为一端口，且插入损耗为3dB。

所述的一号光纤光栅（3-3）长度为1.2cm，且中心波长为1535.24nm，带宽为0.25nm，二号光纤光栅（3-4）长度为1.2cm，且中心波长为1540.28nm，带宽为0.25nm。

所述的磁致伸缩材料（3-5）为Terfenol-D。

所述的一号单模光纤（5）、二号单模光纤（6）、三号单模光纤（7）与对应器件的连接处均采用熔融连接的方法。

本实用新型专利提供了一种磁凝胶填充微纳光纤传感头的环形衰荡磁场传感器，该光纤磁场传感器改善了现有磁场传感器灵敏度低、稳定性差、生产成本高、结构复杂且不能实现温度补偿的问题。

本实用新型的有益效果是：本实用新型针对当前磁场传感器灵敏度低、稳定性差、生产成本高、结构复杂且不能实现温度补偿的缺点，提出改进方案。将两块玻璃基板并列粘合形成磁场传感头的底座，其中一块玻璃基板上均匀粘附磁致伸缩材料并将一号光纤光栅粘贴在该磁致伸缩材料上，当沿着该光纤光栅方向外加磁场时，受磁致伸缩材料的作用光纤光栅的栅距发生变化。二号光纤光栅一端粘在没有磁致伸缩材料的玻璃基板上，在温度变化时，光栅栅距可自由发生改变。两光纤光栅的中心波长不同。通过光纤耦合器和二号单模光纤将两光栅的反射光谱传播到光谱仪，用于光谱探测。通过二号光纤光栅在温度改变时的波峰漂移补偿温度变化对一号光纤光栅磁场测量的影响。同时，该反射式光纤光栅磁场传感器结构相对简单，成本低廉。

附图说明

图1为带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器的系统结构；

图2为磁场传感头的局部放大结构。

具体实施方式

下面结合说明书附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。

如图1，本实施方式所述的带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器，它包括光源（1）、光纤耦合器（2）、磁场传感头（3）、光谱仪（4）、一号单模光纤（5）、二号单模光纤（6）、三号单模光纤（7）；

其中，光源（1）与光纤耦合器（2）二端口一侧通过一号单模光纤（5）相连，磁场传感头（3）与光纤耦合器（2）一端口一侧通过三号单模光纤（7）相连，光谱仪（4）与光纤耦合器（2）二端口一侧通过二号单模光纤（6）相连；

如图2，磁场传感头（3），所述的磁场传感头（3）内包含有一号玻璃基板（3-1）、二号玻璃基板（3-2）、一号光纤光栅（3-3）、二号光纤光栅（3-4）、磁致伸缩材料（3-5）、四号单模光纤（3-6），其中，一号玻璃基板（3-1）与二号玻璃基板（3-2）并列放置且二者边缘通过玻璃胶粘连，一号玻璃基板（3-1）上黏附磁致伸缩材料（3-5），磁致伸缩材料（3-5）上粘有一号光纤光栅（3-3），二号光纤光栅（3-4）连有四号单模光纤（3-6）的一端粘在二号玻璃基板（3-2）上，另一端可自由移动，一号光纤光栅（3-3）的一端与二号光纤光栅（3-4）的一端通过四号单模光纤（3-6）相连，一号光纤光栅（3-3）另一端通过三号单模光纤（7）与光纤耦合器（2）相连。

所述的光源（1）的输出波长为1550nm，带宽80nm的宽带光源。

所述的光纤耦合器（2）一侧带有两端口，且这两个端口的耦合比为1:1，另一侧为一端口，且插入损耗为3dB。

所述的一号光纤光栅（3-3）长度为1.2cm，且中心波长为1535.24nm，带宽为0.25nm，二号光纤光栅（3-4）长度为1.2cm，且中心波长为1540.28nm，带宽为0.25nm。

所述的磁致伸缩材料（3-5）为Terfenol-D。

所述的一号单模光纤（5）、二号单模光纤（6）、三号单模光纤（7）与对应器件的连接处均采用熔融连接的方法。

在使用时，先按照附图说明将光路搭建完成，将传感头平行于磁场方向放置。待光源输出信号稳定后即可进行测量。

工作原理：

带有温度补偿功能的光纤光栅磁场传感器：

工作过程：先将光路按光路图连接好，打开光源，将传感头平行置于磁场中，待光源输出光信号稳定后开始测量。光源输出的宽带光信号经一号单模光纤和光纤耦合器到达磁场传感头，在磁场传感头中，光先经过底部带有磁致伸缩材料的一号光纤光栅，而后经四号单模光纤到达二号光纤光栅。在磁场的作用下磁致伸缩材料发生形变，导致一号光纤光栅栅距发生变化。二号光纤光栅一端粘贴在玻璃基板上，另一端可自由移动，不受磁场变化的影响。两光栅的反射光谱由光谱仪进行测量。通过二号光纤光栅的反射光谱在温度变化时的漂移情况可对一号光纤光栅在磁场作用时的光谱漂移做出补偿。通过对磁场强度与补偿后一号光纤光栅的光谱漂移拟合，发现二者具有良好的线性关系。这样就可以通过光谱漂移的测量间接对磁场强度进行测量。