[发明专利]石榴石型光电式电流传感器装置及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感器，特别涉及一种石榴石型光电式电流传感器装置及制备方法。

背景技术

光电式电流传感器(Optical Current Sensor)是以磁光法拉第效应为基础，直接或间接对电流进行测试的装置。光电式电流传感器相对于传统电磁式电流互感器具有如下优点：绝缘性能好、无漏油爆炸危险、不会产生磁饱和及铁磁共振、频带宽、动态范围大、结构紧凑重量轻、适合继电保护和谐波检测等优点。

光电式电流传感器按照原理与结构分为有源型、无源型、全光纤型及石榴石型。电流传感器测试结果的线性化、误差、零点附近准确度是非常重要的参数。中国专利200610060605.5、200910056802.3，美国专利US20020145414A1、US20010008456A1、US005691837A、US005451864A、US006404190B1、US5075546、US20030146748A1提及采用小尺寸磁光晶体结合光学元件来探测电流或者磁场的变化，但对于测试结果的非线性化及零点漂移问题没有给出具体解决方案。在先前发明专利中，一种磁光电流传感器及其制造方法（参见发明专利：申请号200910183929.1）及磁光电流传感器及其制造方法（参见发明专利，申请号：201010168763.9）提到解决零点漂移的解决方案及模块化处理解决光纤抖动引起的噪声，该系统有相当多的优点，但是外界振动、器件抖动等因素对系统的影响较大，此外还有如下不足，有待提高：

1、光学元件数量多，系统光路调整复杂，继而增大了引入误差的几率；

2、石榴石前偏振片增大了整个器件的体积及成本，不利于系统的高集成化。

发明内容

本发明是针对光电式电流传感器存在的问题，提出了一种石榴石型光电式电流传感器装置及制备方法，在提高传感器的测量精度、扩大测量范围、解决零点漂移问题的同时，提高传感器测量结果的线性化并进一步优化器件结构。

本发明的技术方案为：一种石榴石型光电式电流传感器装置，依次包括光源、输入光纤、输入光纤准直器、石榴石模块、输出光纤准直器、输出光纤、探测器，所述石榴石模块为以石榴石为核心的层状模块，包括保护层、永磁薄膜、缓冲层和石榴石，石榴石模块两端最外层为防止永磁薄膜被氧化的保护层；向内为用于对中间层石榴石提供外加磁场的永磁薄膜；再向内为缓冲层；中间为永磁薄膜。

所述保护层为Ta、Cr、SiO₂中一种或者一种以上，厚度5nm～1μm。

所述永磁薄膜为钕铁硼、钐钴、铝镍钴中的一种或一种以上，厚度为10nm～50μm。

所述缓冲层为Cr、Ta、Ag、Al中一种或一种以上，厚度为5nm～10μm。

所述永磁薄膜为脊部和沟槽间隔条状分布结构。

一种石榴石型光电式电流传感器装置制备方法，沿光路依次设置光源、输入光纤、输入光纤准直器、石榴石模块、输出光纤准直器、输出光纤、探测器，所述石榴石模块制备步骤如下：

1）石榴石放置于超声波清洗器中清洗并烘干；

2）采用两片不锈钢掩模版分别压贴于石榴石表面，两掩模版之间夹角固定，夹角范围：0o≤θ≤90o；

3）将石榴石及掩模版放置于薄膜生长系统（磁控溅射仪或者电子束蒸发系统），抽真空；系统本底真空度优1.0                                               10^-4Pa时，加热石榴石至350～500℃，工作气压为0.2～5Pa；分别生长缓冲层、永磁薄膜，保温1小时；然后升温至550℃～800℃进行二次回火；冷却至室温时生长保护层SiN或者SiO₂薄膜；

4）产物从薄膜生长系统中取出，并进行充磁，石榴石材料两侧表面形成条状间隔分布的永磁薄膜,得到石榴石模块。

一种石榴石型光电式电流传感器装置制备方法，沿光路依次设置光源、输入光纤、输入光纤准直器、石榴石模块、输出光纤准直器、输出光纤、探测器，所述石榴石模块制备步骤如下：

Ⅰ）石榴石放置于超声波清洗器中清洗并烘干；