专利名称：小电流低电压光纤光栅传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种光纤光栅传感器，特别是涉及一种体积小，重量轻，结构简单， 制造方便的小电流低电压光纤光栅传感器。
背景技术：
光纤和光纤光栅传感器是近几年高速发展的新型传感器，光纤和光纤光栅传感器可 集信息的传感与传输于一体，与传统的传感器相比它具有很多优势如防爆，抗电磁干 扰，抗腐蚀,抗震动，耐高温，体积小，重量轻，灵活方便，特别能在恶劣环境下使用。电力系统变电站的避雷针，油田油藏的探测，都需要检测微小电流和低电压。传统 的电力系统变电站的避雷针是一个独立的器件，对于智能化管理变电站不相适应。传统的油田油藏探测是通过发射出去的中子源反射波，由光电管接收微小电流，经 过多次放大传输到地面，由于环境恶劣，对电子器件的要求十分苛刻，费用高，寿命短， 信号采集非常困难。目前已有很多有关电流和电压传感器的专利，但都是测量电流大于O. 1A。如中国专利公开号CN1183561的专利涉及的是一种光纤电流传感器，它适合于电力系统高压大电 流测试计量应用。中国专利公开号CN2060892的实用新型专利涉及到光纤大电流传感器， 适用于l 0 2 106安培的直流，交流及脉冲电流的测量。中国专利公开号CN2093400的 专利也是一种用于测量大电流的新型光纤电流传感器。中国专利公开号CN2769888的实 用新型专利公开了一种小电流传感器，这个专利所采用的两层屏蔽结构，既能保证传感 器穿芯的特点，又能克服外界磁场的干扰。但其测量的电流值大于50raA。习知的技术普遍存在的问题是新型光纤类传感器无法进行微小电流(0.02mA)和低 电压(0. IV)检测。发明内容本实用新型所要解决的技术问题是，克服光纤传感器对小电流低电压不敏感的问题， 而提供一种体积小，重量轻，结构简单，制造方便的小电流低电压光纤光栅传感器。本实用新型所采用的技术方案是 一种小电流低电压光纤光栅传感器，包括有光源， 还设置有光耦合器、光纤光栅、压电陶瓷、信号解调器，其中，光源通过传输光纤与光 耦合器的输入端相接，光耦合器的一个输出端通过传输光纤与平行设置在压电陶瓷上的 光纤光栅一端相接，光耦合器的另一输出端通过传输光纤与信号解调器相接，光纤光栅 的另一端为被测电信号的采集端，所述的压电陶瓷连接被测电信号的正负极。所述的光纤光栅是通过粘接其与压电陶瓷平行接触面上的点而固定设置在压电陶瓷上。所述的压电陶瓷是由金属薄片和涂敷在金属薄片上的压电陶瓷片构成。 所述的信号解调器是由线性滤波器、光电二极管、电子放大器、计算机控制部依次 串联构成，其中线性滤波器的另一端通过传输光纤连接光耦合器的输出端。所述的线性滤波器是长周期光纤光栅。本实用新型所采用的另一技术方案是 一种小电流低电压光纤光栅传感器，包括有 光源，还设置有光耦合器、光纤光栅、压电陶瓷、信号解调器，外圆筒，其中，所述的 外圆筒为顶端开口，底端形成有通孔的筒形结构，压电陶瓷固定盖在外圆筒的顶端开口 上；所述的光源通过传输光纤与光耦合器的输入端相接，光耦合器的一个输出端通过传 输光纤与光纤光栅的一端相接，光耦合器的另一输出端通过传输光纤与信号解调器相接， 所述的光纤光栅的另一端贯穿外圆筒底端的通孔进入圆筒内且垂直设置在压电陶瓷上， 并构成被测电信号的采集端，所述的压电陶瓷连接被测电信号的正负极。所述的光纤光栅的一端是通过粘接而固定设置在外圆筒下端的通孔处，光纤光栅的 另一端是通过粘接与其压电陶瓷垂直相交点而固定设置在压电陶瓷上。所述的压电陶瓷是由金属薄片和涂敷在金属薄片上的压电陶瓷片构成。所述的信号解调器是由线性滤波器、光电二极管、电子放大器、计算机控制部依次 串联构成，其中线性滤波器的另一端通过传输光纤连接光耦合器的输出端。所述的线性滤波器是长周期光纤光栅。本实用新型的小电流低电压光纤光栅传感器，体积小，重量轻，结构简单，制造方 便，可以解决在这种恶劣环境下的信号采集和传输问题。并可以广泛的应用于电力、石 油和各行各业的小电流、低电压检测中。
图1是本实用新型第一实施例的结构示意图； 图2是本实用新型第二实施例的结构示意图； 图3是本实用新型中压电陶瓷的结构示意图； 图4是本实用新型中信号解调器的结构示意图。 其中-1:光源 2:传输光纤3:光耦合器 4:光纤光栅5:压电陶瓷 5a:压电陶瓷片5b:金属薄片 6:被测电信号7:信号解调器 8:粘接点9:粘接点 10:电极11:电极 12:外圆筒13:线性滤波器 14:光电二极管15:电子放大器 16:计算机控制部具体实施方式
以下结合附图给出具体实施例，进一步说明本实用新型的小电流低电压光纤光栅传 感器。如图1所示，本实用新型的小电流低电压光纤光栅传感器，包括有光源l，还设置有 光耦合器3、光纤光栅4、压电陶瓷5、信号解调器7，其中，光源l为宽带光源通过传 输光纤2与光耦合器3的输入端相接，光耦合器3的一个输出端通过传输光纤2与平行 设置在压电陶瓷5上的光纤光栅4 一端相接，光耦合器3的另一输出端通过传输光纤2 与信号解调器7相接，光纤光栅4的另一端为被测电信号6的采集端，所述的压电陶瓷5 连接被测电信号6的正负极10、 11。在此结构中的光纤光栅4是通过粘接其与压电陶瓷 5平行接触面上的点而固定设置在压电陶瓷5上，并设有两个粘接点，粘接光纤光栅传感 器4的两个粘接点都在压电陶瓷片5上。本实用新型的小电流低电压光纤光栅传感器，其光纤光栅4与压电陶瓷5的设置方 式还可以采用相互垂直设置的方式。具体结构如图2所示，包括有光源l，还设置有光耦 合器3、光纤光栅4、压电陶瓷5、信号解调器7，外圆筒12，其中，所述的外圆筒12 为顶端开口，底端形成有通孔的筒形结构，压电陶瓷5固定盖在外圆筒12的顶端开口上； 所述的光源1通过传输光纤2与光耦合器3的输入端相接，光耦合器3的一个输出端通 过传输光纤2与光纤光栅4的一端相接，光耦合器3的另一输出端通过传输光纤2与信 号解调器7相接，所述的光纤光栅4的另一端贯穿外圆筒12底端的通孔进入圆筒12内 且垂直设置在压电陶瓷5上，并构成被测电信号6的采集端，所述的压电陶瓷5连接被 测电信号6的正负极10、 11。所述的光纤光栅4的一端是通过粘接而固定设置在外圆筒 12下端的通孔处，光纤光栅4的另一端是通过粘接与其压电陶瓷5垂直相交点而固定设 置在压电陶瓷5上，这时压电陶瓷5上只有一个与光纤光栅4相连接的粘接点。上述两种结构的粘接方法都可以用胶，例如353N，也可以用激光焊接。为了保证光 纤光栅传感器4的寿命，在光纤光栅传感器4表面涂敷了一层金属保护模。如图3所示，本实用新型的压电陶瓷5是由金属薄片5b和涂敷在金属薄片5b上的 压电陶瓷片5a构成，其中的金属薄片5b和压电陶瓷片5a分别连接被测电信号6的正负 极10、 11。所述的被测电信号6为电流源或电压源。如图4所示，本实用新型的信号解调器7是由线性滤波器13、光电二极管14、电子 放大器15、计算机控制部16依次串联构成，其中线性滤波器13的另一端通过传输光纤 2连接光耦合器3的输出端。线性滤波器13的线性范围必须2. 5倍于小电流低电压光纤 光栅传感器中光纤光栅传感器4的变化范围。所以线性滤波器13可以是长周期光纤光栅。以上所述仅是本实用新型专利的较佳实施例而已，并非对本专利作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作任何简单修改、等同变化和修饰，均 属于本实用新型专利技术方案的范围内。
权利要求1.一种小电流低电压光纤光栅传感器，包括有光源(1)，其特征在于，还设置有光耦合器(3)、光纤光栅(4)、压电陶瓷(5)、信号解调器(7)，其中，光源(1)通过传输光纤(2)与光耦合器(3)的输入端相接，光耦合器(3)的一个输出端通过传输光纤(2)与平行设置在压电陶瓷(5)上的光纤光栅(4)一端相接，光耦合器(3)的另一输出端通过传输光纤(2)与信号解调器(7)相接，光纤光栅(4)的另一端为被测电信号(6)的采集端，所述的压电陶瓷(5)连接被测电信号(6)的正负极(10、11)。
2. 根据权利要求l所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的光纤 光栅(4)是通过粘接其与压电陶瓷(5)平行接触面上的点而固定设置在压电陶瓷(5) 上。
3. 根据权利要求l所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的压电 陶瓷(5)是由金属薄片(5b)和涂敷在金属薄片(5b)上的压电陶瓷片(5a)构成。
4. 根据权利要求l所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的信号 解调器(7)是由线性滤波器(13)、光电二极管(14)、电子放大器(15)、计算机控 制部(16)依次串联构成，其中线性滤波器(13)的另一端通过传输光纤(2)连接光耦 合器(3)的输出端。
5. 根据权利要求4所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的线性 滤波器(13)是长周期光纤光栅。
6. —种小电流低电压光纤光栅传感器，包括有光源(1)，其特征在于，还设置有 光耦合器(3)、光纤光栅(4)、压电陶瓷(5)、信号解调器(7)，外圆筒(12)， 其中，所述的外圆筒(12)为顶端开口，底端形成有通孔的筒形结构，压电陶瓷(5)固 定盖在外圆筒(12)的顶端开口上；所述的光源(1)通过传输光纤(2)与光耦合器(3) 的输入端相接，光耦合器(3)的一个输出端通过传输光纤(2)与光纤光栅(4)的一端 相接，光耦合器(3)的另一输出端通过传输光纤(2)与信号解调器(7)相接，所述的 光纤光栅(4)的另一端贯穿外圆筒(12)底端的通孔进入圆筒(12)内且垂直设置在压 电陶瓷(5)上，并构成被测电信号(6)的采集端，所述的压电陶瓷(5)连接被测电信 号(6)的正负极(10、 11)。
7. 根据权利要求6所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的光纤 光栅(4)的一端是通过粘接而固定设置在外圆筒(12)下端的通孔处，光纤光栅(4) 的另一端是通过粘接与其压电陶瓷(5)垂直相交点而固定设置在压电陶瓷(5)上。
8. 根据权利要求6所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的压电 陶瓷(5)是由金属薄片(5b)和涂敷在金属薄片(5b)上的压电陶瓷片(5a)构成。
9. 根据权利要求6所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的信号 解调器(7)是由线性滤波器(13)、光电二极管(14)、电子放大器(15)、计算机控 制部(16)依次串联构成，其中线性滤波器(13)的另一端通过传输光纤(2)连接光耦合器(3)的输出端。
10.根据权利要求6所述的小电流低电压光纤光栅传感器，其特征在于，所述的线 性滤波器(13)是长周期光纤光栅。
专利摘要一种小电流低电压光纤光栅传感器，有光源，光耦合器、光纤光栅、压电陶瓷、信号解调器。其中的光源通过传输光纤与光耦合器的输入端相接，光耦合器的一个输出端通过传输光纤与平行设置在压电陶瓷上的光纤光栅一端相接，光耦合器的另一输出端通过传输光纤与信号解调器相接，光纤光栅的另一端为被测电信号的采集端，压电陶瓷连接被测电信号的正负极。光纤光栅可以是平行的固定设置在压电陶瓷上，还可以是垂直的固定设置在压电陶瓷上。压电陶瓷是由金属薄片和涂敷在金属薄片上的压电陶瓷片构成。本实用新型体积小，重量轻，结构简单，制造方便，可以解决在这种恶劣环境下的信号采集和传输问题。并可以广泛的应用于电力、石油和各行各业的小电流、低电压检测中。
文档编号G01R15/24GK201100865SQ20072009726
公开日2008年8月13日 申请日期2007年8月28日 优先权日2007年8月28日
发明者刘志国, 杨翔鹏, 董苏珊 申请人:天津爱天光电子科技有限公司