[发明专利]一种光纤光栅F-P电流传感器的传感头及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤传感器领域，特别是涉及一种不受温度影响的光纤光栅F-P电流传感器的传感头，还涉及其制作方法。

背景技术

电流传感器是传感器领域的一个重要研究方向。在电力工业中要对输电线路的电压、电流、功率等参数进行测试。但是传统的电磁式传感器面临高压、绝缘性能差、以及电磁干扰等问题，进行测量给电学敏感元件带来了危险，也使得测量系统的结构复杂、成本高昂。一些学者提出了光纤光栅F-P(法布里一珀罗，Fabry-Perot)电流传感器。现有公开的文献“基于光纤Fabry-Perot的电流传感器(《重庆大学学报》(自然科学版)，Vol.30，No.3，2007，p23-30)”提到了用光纤Fabry-Perot建立的电流传感器，但这种传感器因为使用了铁芯和线圈从而存在磁滞和电感，以至于只适合用于测量小电流。文献“一种新型光纤光栅法布里-珀罗电流传感器系统(《光纤与电缆及其应用技术》No.4，2007，p 1 7-20)”建立的电流传感器没有考虑所用的磁致伸缩材料存在的温度和应力交叉敏感问题，从而降低了该传感器在室外环境温度变化条件下使用的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光纤光栅F-P电流传感器的传感头，以及制作这种传感器的传感头的方法。这种不受温度影响的光纤光栅F-P电流传感器能很好解决光纤光栅F-P电流传感器的磁致伸缩材料温度和应力的交叉敏感问题。

本发明的光纤光栅F-P电流传感器的传感头，由两块材料相同的磁致伸缩材料紧密连接在一起，两块磁致伸缩材料的磁致伸缩方向相互垂直，光纤光栅F-P粘贴在两块磁致伸缩材料上面，其中光纤光栅F-P的一个FBG的一半位于在其中一块磁致伸缩材料上面，其余部分位于另一块磁致伸缩材料上面。

所述光纤光栅F-P粘贴在磁致伸缩材料的中央且与长边平行，磁致伸缩材料的边长为2～100mm，厚为0.5～20mm。

本发明所述光纤光栅F-P电流传感器传感头的制作工艺，包括下述步骤：

1、根据计算选取合适参数的光纤光栅F-P；

2、选取合适长度的磁致伸缩材料，将磁致伸缩材料的表面进行平整光洁；

3、将两块磁致伸缩材料按图1置于平面上并依次用胶粘接；

4、将光纤光栅F-P粘贴在结构件上表面。

所述光纤光栅F-P使用前需在丙酮中浸泡10分钟取出，擦洗干净再用酒精擦拭，并在其两端粘接导光光纤；

所述磁致伸缩材料的磁致伸缩系数和线性工作区间及长度满足测量要求；使用前需在其表面喷上脱脂液，擦拭干净，然后用加有水基酸表面清洁液的1000号砂纸仔细打磨，再用碱性表面水基酸清洁液除去表面的酸性清洁液和细沙粒。

所述磁致伸缩材料用胶粘接需保证其上表面处于同一平面内。

所述光纤光栅是用热膨胀小、凝固强度大、结构稳定、不易老化变质的环氧胶粘合固定于两块磁致伸缩材料表面。

本发明的电流传感器的传感头，设计上利用了磁致伸缩材料的磁致各向异性的特点，实现了磁致伸缩材料温度应变和磁场应变的分离，完成了对传感头的温度应变和磁场应变的分立测量，解决了磁致伸缩材料温度和应力的交叉敏感问题，滤除了传感头所处环境的温度变化对所测结果带来的影响，因此本发明提供的光纤光栅电流传感器的精度高、可靠性好；且该设计是全光纤结构，解决了电磁绝缘问题，特别是在高压领域优于传统的电磁式传感器。本发明结构简单，制作容易，体积小，使得装置在挂网运行上方便、简单、易于操作，且光纤光栅有成熟的解调技术，易实现应用。

下面结合附图对本发明光纤光栅F-P电流传感器的传感头的实施方式进一步详细描述。

附图说明

1-导光光纤    2-磁致伸缩材料    3-磁致伸缩材料    4-光纤光栅

5-表面开槽的磁致伸缩材料    6-表面开槽的磁致伸缩材料

图1是本发明光纤光栅电流传感器的传感头实施方式一的结构示意图。

图2是本发明实施方式二的磁致伸缩材料表面开槽示意图。

图3是未加磁场只受温度影响的光纤光栅F-P的反射谱图。

图4是磁场和温度影响产生分裂后的光纤光栅F-P和FBG的反射峰图。

具体实施方式

实施例一：