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�。亓壳幔子诎沧�(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本实用新型一种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，该壳体为一圆筒状；两轴杆，该两轴杆的一端分别固定在壳体内的圆心的上下两侧，在两轴杆上缠绕有感应线圈；两导磁轭铁，一导磁轭铁套置在两轴杆的一端，另一导磁轭铁扣置在两轴杆的另一端；一超磁致伸缩管，该超磁致伸缩管纵向夹置在两导磁轭铁之间；一光栅，该光栅容置在超磁致伸缩管的中间，该光栅的一端穿过一导磁轭铁而伸出于壳体之外；两电路接口，该两电路接口固定在壳体的一端，该两电路接口分别与两轴杆上缠绕的感应线圈连接。
其中在一导磁轭铁与壳体内端壁之间放置有一蝶型弹簧。
其中在壳体另一侧的端壁上螺接有两个螺丝，该两个螺丝穿过壳体的端壁而顶住另一导磁轭铁。
其中所述的光栅包括，一端柱，该端柱为圆管体，且该柱体的中部为凸出的圆盘状；一底托，该底托为圆柱体，其径向断面为一丁字形；在端柱、底托之间用胶粘接有一光纤光栅；在端柱的一端用胶粘接有一光纤光栅，该光纤光栅的一端光纤伸出于端柱外。
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。
本实用新型提出的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器具有体积�。煊λ俣瓤欤觳饩雀叩扔诺�。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中的T字形钢片封装结构示意图。
具体实施方式
参阅图1及图2，本实用新型一种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为一圆筒状；两轴杆10，该两轴杆10的一端分别固定在壳体9内的圆心的上下两侧，在两轴杆10上缠绕有感应线圈5；两导磁轭铁6，一导磁轭铁6套置在两轴杆10的一端，另一导磁轭铁6扣置在两轴杆10的另一端，其中在一导磁轭铁6与壳体9内端壁之间放置有一蝶型弹簧8，在壳体9另一侧的端壁上螺接有两个螺丝7，该两个螺丝7穿过壳体9的端壁而顶住另一导磁轭铁6；一超磁致伸缩管4，该超磁致伸缩管4纵向夹置在两导磁轭铁6之间；一光栅3，该光栅3容置在超磁致伸缩管4的中间，该光栅3的一端穿过一导磁轭铁6而伸出于壳体9之外，所述的光栅3包括，一端柱33，该端柱33为圆管体，且该柱体的中部为凸出的圆盘状；一底托32，该底托32为圆柱体，其径向断面为一丁字形；在端柱33、底托32之间用胶31粘接有一光纤光栅30；在端柱33的一端用胶31粘接有一光纤光栅34，该光纤光栅34的一端光纤1伸出于端柱33外；两电路接口2，该两电路接口2固定在壳体9的一端，该两电路接口2分别与两轴杆10上缠绕的感应线圈5连接。
该壳体9为密封结构，在壳体9内安装有感应线圈5，通过电路接口2可以方便地接入电力传输线路中。
T字形钢片封装的温度自补偿光纤光栅3与超磁致伸缩管4紧密粘接，并安装在两导磁轭铁6中间。导磁轭铁6通过螺栓7与壳体9连接，当螺栓7旋紧时，通过蝶型弹簧8将压力传递到超磁致伸缩管4上，使超磁致伸缩管4受到预应力作用，从而使磁致伸缩性能产生“跳跃效应”。
在超磁致伸缩管4的上置有感应线圈5，通过电路接口2与外部电路接通，并通过导磁轭铁6与超磁致伸缩管4构成闭合磁路。
T字形钢片封装结构包括一管状钢片32和一圆形钢片33，并在圆形钢片33上预留小孔，以方便光纤光栅的布设。传感用光纤光栅30的两端用粘胶31固定粘接在管状钢片32的末端，温度补偿用光纤光栅34和传感用光纤光栅30通过同一传输光纤1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2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，感应线圈5周围感生出的磁场也随着电流信号发生变化。超磁致伸缩管4就会随着周围磁场的的变化在轴向上伸长或缩短，从而带动固定在T字形钢片上的光纤光栅33伸长或缩短。这样光纤光栅33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。
由于超磁致伸缩材料的磁致伸缩系数一般在1.5-2.0×10-3量级，所以其应变量较小。因而光纤光栅反射波长的漂移量很�。档土思觳饬槊舳�。为了克服这一困难，本实用新型采用T字形封装的传感头结构。如果超磁致伸缩管5长为L，两T字形粘结点31之间长度为l，则在相同大小的电流下，光纤光栅30的应变量提高 倍，从而使波长漂移量提高 倍，大大提高检测灵敏度。同时整个传感器结构置于超磁致伸缩管内，有效地保护了光纤光栅传感器。
本实施例中的感应线圈5会产生热量，引起温度的变化；同时环境温度也会变化。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34，位于T字形钢片的管状钢片中。由于光纤光栅34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。通过修正光纤光栅30和光纤光栅34的温度灵敏度，并测量二者反射波长的差异，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�。煊λ俣瓤欤觳饩雀叩扔诺�。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实用新型，但是应该理解本实用新型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。本实用新型意欲涵盖所附权利要求书的精神和范围内的各种变型。
权利要求1.一种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，该壳体为一圆筒状；两轴杆，该两轴杆的一端分别固定在壳体内的圆心的上下两侧，在两轴杆上缠绕有感应线圈；两导磁轭铁，一导磁轭铁套置在两轴杆的一端，另一导磁轭铁扣置在两轴杆的另一端；一超磁致伸缩管，该超磁致伸缩管纵向夹置在两导磁轭铁之间；一光栅，该光栅容置在超磁致伸缩管的中间，该光栅的一端穿过一导磁轭铁而伸出于壳体之外；两电路接口，该两电路接口固定在壳体的一端，该两电路接口分别与两轴杆上缠绕的感应线圈连接。
2.根据权利要求1所述的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其特征在于，其中在一导磁轭铁与壳体内端壁之间放置有一蝶型弹簧。
3.根据权利要求1所述的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其特征在于，其中在壳体另一侧的端壁上螺接有两个螺丝，该两个螺丝穿过壳体的端壁而顶住另一导磁轭铁。
4.根据权利要求1所述的磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其特征在于，其中所述的光栅包括，一端柱，该端柱为圆管体，且该柱体的中部为凸出的圆盘状；一底托，该底托为圆柱体，其径向断面为一丁字形；在端柱、底托之间用胶粘接有一光纤光栅；在端柱的一端用胶粘接有一光纤光栅，该光纤光栅的一端光纤伸出于端柱外。
专利摘要本实用新型一种磁致伸缩式光纤光栅电流传感器，其中包括一壳体，该壳体为一圆筒状；两轴杆，该两轴杆的一端分别固定在壳体内的圆心的上下两侧，在两轴杆上缠绕有感应线圈；两导磁轭铁，一导磁轭铁套置在两轴杆的一端，另一导磁轭铁扣置在两轴杆的另一端；一超磁致伸缩管，该超磁致伸缩管纵向夹置在两导磁轭铁之间；一光栅，该光栅容置在超磁致伸缩管的中间，该光栅的一端穿过一导磁轭铁而伸出于壳体之外；两电路接口，该两电路接口固定在壳体的一端，该两电路接口分别与两轴杆上缠绕的感应线圈连接。
文档编号G01R15/14GK2646718SQ0327587
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
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