光纤电流传感器的制作方法

本申请涉及，特别是涉及一种光纤电流传感器。

背景技术：

电流测量装置一般是通过被测电流产生的磁场大小来实现对电流的测量的，目前常用的电流测量装置有霍尔传感器、各向异性磁阻(AMR)传感器、巨磁阻(GMR)传感器、罗氏线圈、磁光玻璃传感器或全光纤传感器。其中，霍尔传感器由于灵敏度低，往往采用铁磁材料通过聚磁效应来提高灵敏度及精度；采用磁光玻璃和全光纤作为传感器单元的电流传感器，虽然具有宽量程的优点，但是其测量精度、温度特性差，且功耗偏大；而单个的TMR传感器的线性测量范围比霍尔传感器的要低，不能够支持超大的电流的测量。

除此之外，现有技术中的电流传感器还存在结构复杂、价格昂贵，使用不方便等问题。

技术实现要素：

本申请提供一种光纤电流传感器，能够解决现有技术中电流传感器的结构复杂、灵敏度低价钱昂贵的问题。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种光纤电流传感器，所述光纤电流传感器包括伸缩件、传动件及光纤光栅，所述光纤光栅与所述传动件连接，所述伸缩件抵接或连接于所述传动件，以使得所述伸缩件在磁场的作用下发生形变时，通过所述传动件将所述伸缩件的形变量传递至所述光纤光栅，进而通过所述光纤光栅的波长变化检测产生所述磁场的电流的大小。

本申请的有益效果是：提供一种光纤电流传感器，在闭合通电电路中，光纤电流传感器中伸缩件在磁场的作用下发生形变带动光光纤光栅的波长发生变化，根据光纤光栅的波长变化量可直接测出闭合电路中通电电流的大小，无需外接电流表来测量电流，其使用更加方便和灵活，且本申请的光纤电流传感器体积小，结构简单，其电流的测量灵敏度高。

附图说明

图1是本申请光纤电流传感器一实施方式的结构示意图；

图2是本申请图1中A-A处一实施方式的截面示意图；

图3是本申请图1中B-B处一实施方式的截面示意图；

图4是本申请图1中C-C处的一实施方式的截面示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请中的术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

闭合电路中产生电流，电流通过导体时在导体(即电流)周围产生一定范围大小的磁场，将本申请中的光纤电流传感器放置于该磁场周围根据光纤电流传感器中光纤光栅的波长变化量、磁场大小、以及光纤电流传感器距离载流导线的距离可以得到产生该磁场的载流导线的电流大小。且本申请的光纤电流传感器的具体结构和实现原理请参阅下文的具体描述。

请参阅图1，图1为本申请光纤电流传感器一实施方式的结构示意图。如图1所示本申请提供的光纤电流传感器100包括伸缩件110、传动件120及光纤光栅130。

其中，光纤光栅130与传动件120连接，伸缩件110抵接或连接于传动件120，以使得伸缩件110在磁场的作用下发生形变时，通过传动件120将伸缩件110的形变量传递至光纤光栅130，进而通过光纤光栅130的波长变化检测产生磁场的电流的大小。

在具体实施方式中，伸缩件110的材料可以选用磁致伸缩件。可选地，该磁致伸缩件材料是一类具有电磁能/机械能相互转换功能的材料，其能量密度高、耦合系数大，具有传感和驱动功能，因而作为智能材料或相应器件在智能材料领域得到了越来越广泛的应用和发展。

本申请中伸缩件110的材料选用能产生巨大磁致伸缩性能的功能材料Terfenol-D(铽镝铁合金材料)。可选地，将Terfenol-D材料置于磁场中时，在室温下该材料的磁致伸缩应变量是以往任何场致伸缩材料所无法比拟的，其尺寸的变化量比其它的应变材料都要大，且该材料的尺寸变化可以通过精密机械实现。

上述实施方式中，伸缩件110的材料选用磁致伸缩材料，其可以实现大位移、强力、大功率以及控制精密和响应快速。此外，利用应变直接转换成线性位移或按振动原理设计的光纤电流传感器结构简单、可动件少、刚性大、磨损小，对精度、响应、可靠性和转换效率的提高起了重要作用。

可选地，本申请中的伸缩件110呈环状设置，即伸缩件110可以为环形管状结构。结合图2，图2为本申请图1中A-A处一实施方式的截面示意图，该伸缩件110的内环直径d1范围为2-4mm，具体可以是2mm、3mm、4mm等等，外环直径d2范围为4-8mm，具体可以是4mm、6mm、8mm等等，此处不做进一步限定，且该伸缩件110的长度范围L2可以为60-100mm，具体可以是60mm、80mm、100mm等等，此处不做进一步限定。

可选地，传动件120包括第一子传动件121及第二子传动件122，第一子传动件121与伸缩件110层叠设置且与光纤光栅130连接，第二子传动件122在第一子传动件121靠近伸缩件的一侧抵接或连接于伸缩件110。

其中，第一子传动件121数量为两个，且该第一子传动件121的材料可以选用不锈钢或黄铜的一种，此处不做具体限定。可选地，该第一子传动件121呈管状设置，本实施例中，两个第一子传动件121穿设于伸缩件110的两端以在伸缩件110的内部形成一容置通道M。

可选地，本申请中该两个第一子传动件121呈管状设置，光纤光栅130通过容置通道M分别穿设于第一子传动件121。此外，本申请中第一子传动件121与光纤光栅130之间还设有粘接件140，光纤光栅130通过该粘接件140粘接于第一子传动件121。其中，该粘接件140的材料可以为环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、聚胺酯、聚乙烯醇缩醛以及过氯乙烯树脂中的至少一种，此处不做进一步限定。

可选地，结合图3和图4，图3为本申请图1中B-B处的截面示意图，图4为本申请图1中C-C处的截面示意图。由图3可以得到本申请中第一子传动件121的外径范围d3可以为1-2mm，具体可以是1mm、1.5mm、2mm等等，第一子传动件121的内径范围d4可以为0.5-1mm，具体可以是0.5m、0.75mm、1mm等等，此处不做具体限定。

第二子传动件122的数量分别为两个，该两个第二子传动件122分别设置于伸缩件110的相对两侧。本申请中的第二子传动件122为调节螺母，该调节螺母的内部设置有螺纹通孔，可选地，第一子传动件121上设置有螺纹，第一子传动件121通过螺纹通孔穿设于第二子传动件122，进而通过转动调节光纤光栅130的波长灵敏度。其中，该第二子传动件122的材料可以为不锈钢或黄铜的一种，此处不做进一步限定。可选地，本申请中调节螺母的型号为M4，其中M4指调节螺母内径大约为4mm，指两个螺纹牙之间的距离为0.7mm，且该调节螺母的厚度范围d5可以为2.9-3.2mm，具体可以是2.9mm、3.05mm、3.2mm等等，此处不做进一步限定。相应的和调节螺母对应的第一子传动件121上设置的螺纹的型号也为M4。

可选地，本申请中光纤光栅130选用光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)，即在纤芯内形成的空间相位周期性分布的光栅，其实质是在纤芯内形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。可选地，光纤布拉格光栅会同时受到应变和温度变化的影响，故在计算反射波长变化的时候既要同时考虑这两种因素，又要分别对其进行分析。当进行温度测量的时候，光纤布拉格光栅必须保持在完全不受应变影响的条件下，反之在进行应变测量的时候，光纤布拉格光栅必须保持在完全不受温度影响的条件下。故在具体实施方式中，通过测量光纤光栅130的中心波长变化量即可得到相应的应变或者温度变化，且本申请中光纤光栅130的栅区长度L1的范围为6-14mm，具体可以是6mm、10mm、14mm等等，此处不做具体限定。

本申请现就本申请光纤电流传感器的具体实现原理进行详细介绍：

闭合回路的导线中通入直流电流，电流通过导线时会在导线的周围产生一定大小范围的磁场，其中，载流导线周围磁场的磁感应强度大小为：

B＝μI/2πr

其中，μ为真空磁导率，I为载流导线的电流大小，r为光纤电流传感器距该载流导线的距离。

进一步，将该光纤电流传感器100至于该闭合回路中，其中光纤电流传感器距该载流导线的距离r。该通电的闭合回路产生的磁场，导致光纤电流传感器100中的伸缩件110(磁致伸缩材料)发生形变，即该伸缩件110变长，伸缩件110变长则会带动第二子传动件122(调节螺母)向两侧移动，移动时则会带动光纤光栅130向两侧移动，即改变光纤光栅处的应变从而使得该光纤光栅130的中心波长发生偏移。可选地，光纤光栅130中心波长可以由光谱仪测量得到，其变化量也可以由光谱仪测得。得到光纤光栅130的波长变化量之后，进一步根据光纤光栅130的波长变化量可以反推得到闭合电路中载流导线的电流大小I。

可选地，本申请中载流导线的电流大小I和光纤电流传感器100中的光纤光栅130的中心波长的变化或中心波长的变化量之间的关系可以预先得到。即在具体实施方式中，载流导线的电流大小I的大小可以先通过外接电流表测得，且电流每改变一次，则记录一次，当然电流改变其周围产生的磁场大小也会相应改变，其中，磁场的大小和载流导线中电流的大小呈线性变化。进一步，磁场改变则放入其中光纤电流传感器的伸缩件110的形变也会改变，且伸缩件110的形变磁场的变化量也呈线性变化。伸缩件110形变进而带动光纤光栅130的波长发生变化，其中，光纤光栅130的中心波长变化或中心波长的变化量和伸缩件的形变也呈线性关系。故每改变一次电流即可得到相应的光纤光栅130的中心波长的变化或中心波长的变化量，从而可以得到载流导线的电流大小I和光纤电流传感器中光纤光栅130中心波长的变化或中心波长的变化量的关系，即光纤光栅130的中心波长的变化或中心波长的变化量随着载流导线中的电流大小I的变化而线性变化。

可选地，在得到载流导线中电流大小I和光纤光栅130中心波长的变化或中心波长的变化量的关系后，在通过光谱仪直接测得光纤光栅130的中心波长变化量之后便可以直接得到载流导线中电流大小，不需要在额外外接电流表来测量载流导线中电流的大小，其使用更加灵活方便，且本申请提供的光纤电流传感器体积小，结构简单，其电流的测量灵敏度高。

上述实施方式，在闭合通电电路中，光纤电流传感器中伸缩件在磁场的作用下发生形变带动光光纤光栅的波长发生变化，根据光纤光栅的波长变化量可直接测出闭合电路中通电电流的大小，而无需外接电流表测量载流导线中电流的大小，其使用更加方便和灵活。

综上所述，本领域技术人员容易理解，本申请提供一种光纤电流传感器，在闭合通电电路中，光纤电流传感器中伸缩件在磁场的作用下发生形变带动光光纤光栅的波长发生变化，根据光纤光栅的波长变化量可直接测出闭合电路中通电电流的大小，而无需外接电流表来测量电流，其使用更加方便和灵活，且本申请提供的光纤电流传感器体积小，结构简单，其电流的测量灵敏度高。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。