[发明专利]基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器、系统及方法

说明书

本发明提供一种基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器、系统及方法。该电流传感器包括：毛细管、长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅；所述毛细管内填充磁流体，所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封；所述长周期光纤光栅的栅区和所述光纤布拉格光栅的栅区并排分布在所述毛细管内中部，所述长周期光纤光栅和所述光纤布拉格光栅的两端均伸出毛细管外。本发明基于磁流体的磁控折射率特性得到的磁流体折射率与磁场之间的关系，以及通过研究LPFG的环境折射率敏感特性而得到的LPFG谐振波长的变化与外部介质折射率之间的关系，将LPFG与磁流体相结合，设计的传感器安全绝缘、制作工艺简单、测量精确且灵敏度高。

技术领域

本发明涉及光学传感技术领域，尤其涉及一种基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器、系统及方法。

背景技术

光学电流传感(Optical Current Transformer，OCT)即利用光纤传感技术和光电子学的相关方法来实现电流传感，其基本原理是将电流信息通过传感器转变为光信息，通过对光信息的分析实现对电流的测量。光学电流传感器以其能克服绝缘的问题、成本较低、性能良好、适应于各种恶劣工作环境等特点，比传统的基于电磁式电流传感器具有明显的优越性，成为替代传统电流传感器的绝佳选择。光学电流传感器中的传感元件多采用光纤，光纤是绝缘性极好、耐腐蚀、抗强电磁干扰的材料，它本身的结构简单，制作成本低廉，在安装部署方面，光纤结构轻便，体积小、重量轻，操作灵活，易于布置。

中国专利文献CN104764926A公开了一种基于套嵌光纤光栅的光纤电流传感器及其电流检测方法，该专利申请中的光纤电流传感器主要是采用了套嵌光纤光栅结构，该复合光栅结构是由长周期光栅和布拉格光栅套嵌写入形成，光栅表面镀有发热电极，发热电极与待测电路相连，通过光栅波长对发热电极温度的响应来间接得到电流。该方法首先需要改变原待测电路结构，不利于实际工程的应用；其次，发热电极不耐腐蚀，易受电磁干扰，需要特制的绝缘保护套管，不利于在空间狭小，强电磁等苛刻的工作环境下生存；最后，该方法应用于工程中安全性不高，容易发生事故。

发明内容

为解决现有基于光栅的电流传感器不适合空间狭小的工作环境且安全性低的问题，本发明提供一种基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器、系统及方法。

本发明提供的基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器，包括：毛细管、长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅；所述毛细管内填充磁流体，所述毛细管的两端端口通过胶体进行密封；所述长周期光纤光栅的栅区和所述光纤布拉格光栅的栅区并排分布在所述毛细管内中部，所述长周期光纤光栅和所述光纤布拉格光栅的两端均伸出毛细管外。

进一步地，所述磁流体为Fe₃O₄水基磁流体。

本发明提供的基于磁流体与光栅的新型光学电流传感系统，包括光源、耦合器、传感探头、第一光谱分析仪、第二光谱分析仪和上位机，光源和第一光谱分析仪通过光纤连接耦合器的输入端，耦合器的输出端通过光纤连接传感探头的一端，传感探头的另一端通过光纤连接第二光谱分析仪，第一光谱分析仪和第二光谱分析仪的输出端均与上位机电连接，所述传感探头采用上述的基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器。

进一步地，所述光源采用ASE光源。

本发明提供的基于磁流体与光栅的新型光学电流传感器的制作方法，包括：

步骤1：选取毛细管，所述毛细管的两端开口，在所述毛细管的管身上方的两端分别开设第一孔和第二孔；

步骤2：将光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅沿毛细管轴线方向从毛细管的一端贯穿至毛细管的另一端，使光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅的栅区并排分布在所述毛细管内中部，长周期光纤光栅和光纤布拉格光栅的两端均伸出毛细管外；

步骤3：通过胶体对毛细管的两端端口进行密封，同时对光纤布拉格光栅和长周期光纤光栅进行固定；