專利名稱：光纖型電流傳感裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種光學電流傳感裝置，尤其是涉及一種適用于高電壓情況下對電流監(jiān)測的光纖型電流傳感裝置。
背景技術：
目前，光纖電流傳感器使用的測量方法主要有光偏振態(tài)測量法、光干涉測量法和波長調制測量法。光偏振態(tài)測量主要基于法拉第磁光效應，使用磁光晶體在外場變化下使光的偏振方向改變達到測試目的，是目前研究相對成熟的傳感器，已有少量商業(yè)化應用。光干涉測量法主要是利用外場改變相干光的光程差進行測量，基于邁克爾孫干涉儀或馬赫曾德干涉儀的測量。波長調制測量法是對光的波長進行測量從而檢測外場信號的方法，主要是由光纖光柵傳感裝置或法布里-珀羅干涉?zhèn)鞲衅魍瓿?，需要使用波長解調裝置。這三種傳感裝置在理論上均可完成對電力參數(shù)的檢測，但在實際應用時由于外界環(huán)境的干擾，特別是溫度、振動造成誤差太大不能滿足使用要求，阻礙了該類光纖電流傳感器的推廣使用。中國專利申請?zhí)枮?00510019496. 8《光纖電流/磁場傳感器》，是由兩塊平行的鋸齒板構成。變形齒少、變形齒間的傳感光纖長度短，使其采集數(shù)據(jù)的能力較差、傳感光纖彎曲曲率小，進而導致其使用壽命短，采集到的數(shù)據(jù)要么精度高動態(tài)范圍小，要么動態(tài)范圍大精度低，無法滿足實際應用要求。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術中的不足，提供一種光纖型電流傳感裝置，其結構簡單，使用方便，不僅能實現(xiàn)對電流的有效檢測，且能夠對采集到的信號進行放大，提高了該傳感裝置的精度，便于推廣使用。為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是一種光纖型電流傳感裝置，其特征在于包括固定在被測電線附近并將被測電線的電流感應為所需電流的導線型傳感線圈，所述導線型傳感線圈與用于將導線型傳感線圈的電流轉化為電壓信號的取樣電阻模塊連接，所述取樣電阻模塊通過兩導線與導線型傳感線圈相接，所述導線還連接兩電極板，所述兩電極板之間設置有光纖敏感單元，所述光纖敏感單元包括基板一以及固定安裝在基板一上的鋸齒板一和鋸齒板二，所述基板一、鋸齒板一和鋸齒板二中至少有三者之一或三者之一的部分為電致伸縮材料或逆壓電材料，所述鋸齒板一上設置有變形齒一，所述鋸齒板二上設置有變形齒二，所述變形齒一和變形齒二均位于鋸齒板一與鋸齒板二之間，所述鋸齒板一與鋸齒板二互相平行，所述變形齒一與變形齒二呈交錯對應布設，所述變形齒一與變形齒二之間穿設有信號光纖，所述信號光纖的形狀呈多匝環(huán)繞狀，所述信號光纖連接光纜，所述光纜還連接測試單元，所述測試單元還連接處理單元。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述導線型傳感線圈由非磁性材料骨架和均勻纏繞在非磁性材料骨架上的導線組成，所述被測電線穿設在導線型傳感線圈的中心。
上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述導線型傳感線圈為羅氏線圈。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述導線型傳感線圈外部套設有電磁屏蔽殼體。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述光纖敏感單元和所述兩電極板外部套設有電磁屏蔽殼體。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述鋸齒板一或鋸齒板二上設置有與變形齒一和變形齒二成夾角的凹槽，所述信號光纖位于凹槽內。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述鋸齒板一通過基板二固定在基板一上，所述鋸齒板二通過基板三固定在基板一上。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述鋸齒板一和鋸齒板二均通過膠黏劑粘接、焊接或螺絲連接固定在基板一上。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述信號光纖為碳涂覆光纖、金屬涂覆光纖或聚酰亞胺涂覆光纖。上述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述的聚酰亞胺涂覆光纖為涂覆外徑是145微米的薄聚酰亞胺覆涂層光纖。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明通過多匝信號光纖能夠對采集到的信號進行放大，提高了該傳感裝置的精度，且其結構簡單、加工制作方便，結構形式多樣，使用方式靈活。2、使用操作簡便且各組件間連接關系設計合理，通過多匝纏繞于鋸齒板二上的信號光纖，大大增加了信號光纖隨信號變化可以彎曲的長度，從而在保證信號光纖壽命的基礎上，提高了測試精度。3、鋸基板一、鋸齒板一和(或)鋸齒板二采用具有壓電特性的水晶材料，水晶在電壓場強下具有逆壓電效應，水晶體積的微小變化使信號光纖的彎曲曲率變化，從而使信號光纖內部傳輸光信號的損耗變化，并通過測試單元獲取該變化，從而感知到電壓的變化，然后得出被測電線中電流的變化，也可以根據(jù)信號光纖彎曲曲率形變的變化，利用測試單元通過干涉法獲取信號光纖形變量的大小而感知電壓及被測導線電流的變化，在電力傳輸領域特別是超高電壓領域具有廣闊的應用前景。4、由于鋸齒板一和鋸齒板二均固定在基板一上，或鋸齒板一固定在基板二上，鋸齒板二固定在基板三上，基板二和基板三固定在基板一上，通過這種方式將鋸齒板一和鋸齒板二固定好，可以通過分別選擇具有適當膨脹系數(shù)的材料達到溫度補償?shù)男ЧＯ旅嫱ㄟ^附圖和實施例，對本發(fā)明做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明實施例1的結構示意圖。圖2為實施例1中光纖敏感單元的結構示意圖。圖3為實施例2中光纖敏感單元的結構示意圖。附圖標記說明1-光纜；2-光纖敏感單元；5-測試單元；6-信號光纖；7-處理單元；8-鋸齒板一；
9-鋸齒板二 ；10-基板一；12-變形齒二；16-凹槽；
11-變形齒一； 24-基板二 ； 31-導線型傳感線圈； 34-取樣電阻模塊；25-基板三；30-被測電線；32-非磁性材料骨架；33-導線；；35_ 電極板。
具體實施例方式實施例1如圖1和2所示的一種光纖型電流傳感裝置，包括固定在被測電線30附近并將被測電線30的電流感應為所需電流的導線型傳感線圈31，所述導線型傳感線圈31與用于將導線型傳感線圈31的電流轉化為電壓信號的取樣電阻模塊34連接，所述取樣電阻模塊34 通過兩導線33與導線型傳感線圈31相接，所述導線33還連接兩電極板35，所述兩電極板 35之間設置有光纖敏感單元2，所述光纖敏感單元2包括基板一 10以及固定安裝在基板一 10上的鋸齒板一 8和鋸齒板二 9，所述基板一 10、鋸齒板一 8和鋸齒板二 9中至少有三者之一或三者之一的部分為電致伸縮材料或逆壓電材料，所述鋸齒板一 8上設置有變形齒一 11，所述鋸齒板二 9上設置有變形齒二 12，所述變形齒一 11和變形齒二 12均位于鋸齒板一 8與鋸齒板二 9之間，所述鋸齒板一 8與鋸齒板二 9互相平行，所述變形齒一 11與變形齒二 12呈交錯對應布設，所述變形齒一 11與變形齒二 12之間穿設有信號光纖6，所述信號光纖 6的形狀呈多匝環(huán)繞狀，所述信號光纖6連接光纜1，所述光纜1還連接測試單元5，所述測試單元5還連接處理單元7。本實施例中，取樣電阻模塊34將導線型傳感線圈31的電流轉換為電壓信號，并通過兩個電極板35將該電壓加載于光纖敏感單元2中包含的電致伸縮材料或逆壓電材料的 X軸或Y軸方向；鋸齒板一8相對于鋸齒板二9會隨著加載于光纖敏感單元2的電壓變化而出現(xiàn)相對或相反的運動變化，鋸齒板一 8和鋸齒板二 9均通過膠黏劑粘接、焊接或螺絲連接固定在基板一 10上，且基板一 10、鋸齒板一 8和鋸齒板二 9三者或三者之一整體由電致伸縮材料或逆壓電材料構成、或變形齒一 11和變形齒二 12兩者或兩者之一由電致伸縮材料或逆壓電材料構成、或者變形齒一 11和變形齒二 12的表面鍍覆有電致伸縮材料或逆壓電材料。所述鋸齒板一 8或鋸齒板二 9上設置有與變形齒一 11和變形齒二 12成夾角的凹槽16，所述信號光纖6位于凹槽16內。檢測被測電線30的電流過程是導線型傳感線圈31將被測電線30的電流變化感應出電流并經(jīng)過取樣電阻模塊34轉化為電壓通過導線33將電壓傳遞到電極板35上，電極板35上的電壓就施加到光纖敏感單元2上，優(yōu)選的，鋸齒板一 8和(或)鋸齒板二 9選用溫度性能和逆壓電性能良好的水晶材料，另一鋸齒板和基板一 10采用石英玻璃材料，優(yōu)選的做法是鋸齒板一 8和鋸齒板二 9均由水晶材料制作，變形齒一 11和變形齒二 12位于鋸齒板一 8和鋸齒板二 9的相對面上，且該相對面為水晶材料的Y軸方向，信號光纖6夾持于凹槽16中，電極板35上的電壓加載于構成鋸齒板的水晶材料的X軸方向，電極板35上的電壓變化時，水晶材料的Y軸方向發(fā)生變形伸縮，即由水晶材料構成的鋸齒板一 8和鋸齒板二 9厚度也隨之變化，從而使分別布設于鋸齒板一 8和鋸齒板二 9上的變形齒一 11和變形齒二 12之間的距離變化，使夾持于變形齒一 11和變形齒二 12之間的信號光纖6的彎曲曲率變化，信號光纖6的彎曲曲率變化導致信號光纖6內部傳輸?shù)墓庑盘柟β实淖兓?，測試單元5檢測到該變化并將測試結果傳輸給處理單元7，處理單元7經(jīng)過計算得到電壓變化值， 并推算出被測電線30上的電流變化值。測試單元5可以是光源和光功率計，也可以選用光時域反射技術及相干頻率調制連續(xù)波技術來實現(xiàn)準分布式或分布式測量，或選擇干涉儀進行更高精度的測量。所述的信號光纖6的兩端也可以設置光反射裝置，該反射裝置可以是光反射鏡、光纖光柵、含有氣泡的光纖或是經(jīng)過鏡面處理的信號光纖的端面。測試單元5可以通過檢測兩個光反射裝置的反射光信號的強度之差得到信號光纖對光信號的衰減變化，這樣做的好處是可以消減光源、探測器以及光纜1等環(huán)節(jié)由于變化所帶來的干擾，進一步提高測試結構的精度。優(yōu)選的，所述導線型傳感線圈31外部套設有電磁屏蔽殼體，所述光纖敏感單元2 外部套設有電磁屏蔽殼體，取樣電阻模塊34外圍罩有電磁屏蔽層，防止外界電磁波的干擾。所述導線型傳感線圈31由非磁性材料骨架32和均勻纏繞在非磁性材料骨架32 上的導線組成，所述被測電線30穿設在導線型傳感線圈31的中心。優(yōu)選的，所述的導線型傳感線圈31為羅氏線圈(Rogowski線圈)。所述信號光纖6為外部包有多層保護光纖，如碳涂覆光纖、金屬涂覆光纖或聚酰亞胺涂覆光纖，優(yōu)選的，所述的聚酰亞胺涂覆光纖為涂覆外徑是145微米的薄聚酰亞胺覆涂層光纖；所述信號光纖6也可以為多芯光纖、偏振光纖、雙模光纖、細徑光纖(如裸光纖外徑60或80微米的光纖)、高分子聚合物光纖或光子晶體光纖。實施例2 如圖3所示，本實施例與實施例1不同之處僅在于所述鋸齒板一 8通過基板二 M 固定在基板一 10上，所述鋸齒板二 9通過基板三25固定在基板一 10上。所述鋸齒板一 8、 鋸齒板二 9、基板一 10、基板二對、基板三25、變形齒一 11、變形齒二 12和信號光纖6滿足以下公式α 知 Δ T-α 2L2 Δ Τ- α 3L3 Δ T-α 齒ΔΤ-α 纖d纖 ΔΤ = 0其中，α 2和α 3分別為基板二 M和基板三25材料的膨脹系數(shù)，α工是基板一 10 材料的膨脹系數(shù)，式中L2、L3分別是基板二 M和基板三25的長度，Δ T是變化的溫度值，L1 是基板一 10的長度，α s為變形齒一 11和變形齒二 12材料的膨脹系數(shù)，L1S、L2S分別是變形齒一 11和變形齒二 12的高度，α纟〒為信號光纖6的膨脹系數(shù)，為信號光纖6的端面直徑。可以看出，鋸齒板一、鋸齒板二 9、基板一 10、基板二 M、基板三25和信號光纖6的材料的膨脹系數(shù)滿足上述公式時，本裝置就可以在一定的溫度變化范圍內不受溫度變化的影響，即補償了溫度的變化對測試結果的改變。在對測試結果的精度要求不是很高情況下， 也可以去掉信號光纖6的相關部分的膨脹系數(shù)計算項以降低成本。本實施例中，其余部分的結構、連接關系和工作原理均與實施例1相同。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例，并非對本發(fā)明作任何限制，凡是根據(jù)本發(fā)明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變化，均仍屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍內。
權利要求
1.一種光纖型電流傳感裝置，其特征在于包括固定在被測電線(30)附近并將被測電線(30)的電流感應為所需電流的導線型傳感線圈(31)，所述導線型傳感線圈(31)與用于將導線型傳感線圈(31)的電流轉化為電壓信號的取樣電阻模塊(34)連接，所述取樣電阻模塊(34)通過兩導線(33)與導線型傳感線圈(31)相接，所述導線(33)還連接兩電極板 (35)，所述兩電極板(3 之間設置有光纖敏感單元O)，所述光纖敏感單元( 包括基板一 (10)以及固定安裝在基板一(10)上的鋸齒板一(8)和鋸齒板二(9)，所述基板一(10)、 鋸齒板一(8)和鋸齒板二(9)中至少有三者之一或三者之一的部分為電致伸縮材料或逆壓電材料，所述鋸齒板一(8)上設置有變形齒一(11)，所述鋸齒板二(9)上設置有變形齒二 (12)，所述變形齒一(11)和變形齒二(1 均位于鋸齒板一(8)與鋸齒板二(9)之間，所述鋸齒板一(8)與鋸齒板二(9)互相平行，所述變形齒一(11)與變形齒二(1 呈交錯對應布設，所述變形齒一(11)與變形齒二(1 之間穿設有信號光纖(6)，所述信號光纖(6)的形狀呈多匝環(huán)繞狀，所述信號光纖(6)連接光纜(1)，所述光纜(1)還連接測試單元(5)，所述測試單元( 還連接處理單元(7)。
2.按照權利要求1所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述導線型傳感線圈 (31)由非磁性材料骨架(3 和均勻纏繞在非磁性材料骨架(3 上的導線組成，所述被測電線(30)穿設在導線型傳感線圈(31)的中心。
3.按照權利要求1或2所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述導線型傳感線圈(31)為羅氏線圈。
4.按照權利要求1或2所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述導線型傳感線圈(31)外部套設有電磁屏蔽殼體。
5.按照權利要求1所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述光纖敏感單元(2) 和兩電極板(35)外部套設有電磁屏蔽殼體。
6.按照權利要求1所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述鋸齒板一(8)或鋸齒板二(9)上設置有與變形齒一(11)和變形齒二(1 成夾角的凹槽(16)，所述信號光纖 (6)位于凹槽(16)內。
7.按照權利要求1所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述鋸齒板一(8)通過基板二 04)固定在基板一(10)上，所述鋸齒板二(9)通過基板三05)固定在基板一(10) 上。
8.按照權利要求1所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述鋸齒板一(8)和鋸齒板二(9)均通過膠黏劑粘接、焊接或螺絲連接固定在基板一(10)上。
9.按照權利要求1所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述信號光纖(6)為碳涂覆光纖、金屬涂覆光纖或聚酰亞胺涂覆光纖。
10.按照權利要求9所述的光纖型電流傳感裝置，其特征在于所述的聚酰亞胺涂覆光纖為涂覆外徑是145微米的薄聚酰亞胺覆涂層光纖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光纖型電流傳感裝置，包括固定在被測電線附近并將被測電線的電流感應為所需電流的導線型傳感線圈，導線型傳感線圈與取樣電阻模塊連接，取樣電阻模塊通過兩導線與導線型傳感線圈相接，導線還連接兩電極板，兩電極板之間設置有光纖敏感單元，光纖敏感單元包括基板一以及固定安裝在基板一上的鋸齒板一和鋸齒板二，鋸齒板一和鋸齒板二中至少有三者之一的部分為電致伸縮材料或逆壓電材料，鋸齒板一上設置有變形齒一，鋸齒板二上設置有變形齒二，變形齒一與變形齒二之間穿設有信號光纖，信號光纖連接光纜，光纜還連接測試單元，測試單元還連接處理單元。本發(fā)明能實現(xiàn)對電流的有效檢測，且提高了精度。
文檔編號G01R15/24GK102565495SQ20101058318
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月10日 優(yōu)先權日2010年12月10日
發(fā)明者杜兵 申請人:西安金和光學科技有限公司