基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器。電流傳感器包括導(dǎo)磁回路、屏蔽罩、傳感頭、光纖耦合器、光譜儀和寬譜光源；導(dǎo)磁回路為矩形回路，其一邊開有狹縫，狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體各被一個(gè)矩形磁屏蔽罩包裹；傳感頭置于狹縫內(nèi)的聚磁區(qū)或蔽磁區(qū)，傳感頭的徑向平行于兩錐形的頂端平面；寬譜光源發(fā)出的寬譜光經(jīng)光纖耦合器進(jìn)入傳感頭，經(jīng)傳感頭反射的光信號(hào)通過光纖耦合器進(jìn)入光譜儀。本發(fā)明的上述技術(shù)能避免基于法拉第效應(yīng)電流傳感器的雙折射問題和基于超磁致伸縮材料電流傳感器磁滯迴線的問題，通過帶有屏蔽罩的雙錐形導(dǎo)磁回路能夠使被測(cè)導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)在磁路狹縫內(nèi)形成聚磁區(qū)域和蔽磁區(qū)域。
【專利說明】
基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及電流傳感技術(shù)，尤其涉及一種基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流 體的電流傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002] 光纖電流傳感器是一種智能電網(wǎng)檢測(cè)設(shè)備，它具有安全性能好、抗電磁干擾、非接 觸測(cè)量、可現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)遙測(cè)和動(dòng)態(tài)測(cè)量范圍廣等諸多優(yōu)點(diǎn)。在電流測(cè)量和分析領(lǐng)域中，光纖電 流傳感器吸引眾多學(xué)者進(jìn)行研究，并且將會(huì)在電力檢測(cè)行業(yè)得到廣泛使用。
[0003] 根據(jù)實(shí)現(xiàn)途徑不同，目前的光纖電流傳感器主要分為兩類：（1)基于法拉第效應(yīng)的 光纖電流傳感器。這種傳感器具有絕緣性好、測(cè)量范圍大等優(yōu)點(diǎn)，但存在光纖Verdet常數(shù)偏 低和光纖雙折射難以克服的問題。（2)基于超磁致伸縮材料(GMM)的光纖電流傳感器。此類 傳感器難以克服GMM材料的固有磁滯非線性，而且傳感頭難以小型化。
[0004] 磁流體是應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展而產(chǎn)生的一種超順磁特性液體功能材料，幾乎無固體磁 性物質(zhì)所具有的磁滯現(xiàn)象，其折射率隨外加磁場(chǎng)在一定范圍內(nèi)呈線性變化，且易于與光纖 相結(jié)合。目前，存在將磁流體與光纖相結(jié)合的電流傳感器技術(shù)，該技術(shù)可彌補(bǔ)基于法拉第效 應(yīng)和基于GMM材料的電流傳感器的缺憾，如CN 201510423585.2披露了一種基于磁流體的電 流傳感器，然而，該基于磁流體的電流傳感器的電流測(cè)量靈敏度仍然不高，且靈敏度和量程 的調(diào)控范圍受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 在下文中給出了關(guān)于本發(fā)明的簡(jiǎn)要概述，以便提供關(guān)于本發(fā)明的某些方面的基本 理解。應(yīng)當(dāng)理解，這個(gè)概述并不是關(guān)于本發(fā)明的窮舉性概述。它并不是意圖確定本發(fā)明的關(guān) 鍵或重要部分，也不是意圖限定本發(fā)明的范圍。其目的僅僅是以簡(jiǎn)化的形式給出某些概念， 以此作為稍后論述的更詳細(xì)描述的前序。
[0006] 鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感 器，以至少解決現(xiàn)有的基于磁流體的電流傳感器的電流測(cè)量靈敏度不高的問題。
[0007] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的 電流傳感器，該基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器包括導(dǎo)磁回路、屏 蔽罩、傳感頭、光纖耦合器、光譜儀以及寬譜光源;其中，導(dǎo)磁回路為矩形回路，導(dǎo)磁回路的 一個(gè)邊上開有狹縫，狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體各被一個(gè)矩形磁屏蔽罩包裹，且狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體 為兩個(gè)相對(duì)的錐形，該兩個(gè)錐形的頂端均為圓形;傳感頭置于兩個(gè)錐形的頂端之間的狹縫 區(qū)域或屏蔽罩與錐形之間的狹縫區(qū)域，且傳感頭的徑向平行于兩個(gè)錐形的頂端平面；寬譜 光源發(fā)出的寬譜光經(jīng)過光纖耦合器后進(jìn)入傳感頭，經(jīng)傳感頭反射的光信號(hào)通過光纖耦合器 進(jìn)入光譜儀。
[0008] 進(jìn)一步地，傳感頭包括單模光纖部分、空芯光纖部分以及熊貓光纖部分;其中，單 模光纖部分的一端與空芯光纖部分的一端相熔接，空芯光纖部分的另一端與熊貓光纖部分 相熔接，空芯光纖部分內(nèi)部為光纖微腔;熊貓光纖部分的側(cè)面上開有一個(gè)孔，作為熊貓光纖 部分的側(cè)孔，側(cè)孔僅與熊貓光纖部分的兩個(gè)氣孔之一相連通;熊貓光纖部分的暴露端面上 的、與側(cè)孔相連通的氣孔被封閉;光纖微腔內(nèi)填充有磁流體。
[0009] 進(jìn)一步地，空芯光纖部分的長(zhǎng)度為50μπι-200μπι，空芯光纖部分內(nèi)徑為60 μπι -100 Ml，空芯光纖部分外徑、熊貓光纖部分的外徑以及單模光纖部分的外徑均為125μπι，熊貓光 纖部分的包層內(nèi)兩個(gè)氣孔直徑為1〇μπι-30μπι，兩個(gè)氣孔中心間距為25μπι-60μπι，熊貓光纖部 分的長(zhǎng)度為10mm-20mm，側(cè)孔距離熊貓光纖部分與空芯光纖部分的恪接點(diǎn)。
[00? 0 ] 進(jìn)一步地，兩個(gè)錐形的長(zhǎng)度均為30mm，頂端均為直徑在之間的圓形，兩個(gè) 錐形的頂端之間的距離在之間。
[0011 ] 進(jìn)一步地，兩個(gè)矩形磁屏蔽罩的厚度均為2mm，兩個(gè)矩形磁屏蔽罩長(zhǎng)度均為35mm， 兩個(gè)矩形磁屏蔽罩內(nèi)徑尺寸均為30mm* 30mm，兩個(gè)矩形磁屏蔽罩之間的距離為2mm-5mm。 [0012] 進(jìn)一步地，寬譜光源的光譜范圍為1300nm-1600nm。
[0013] 進(jìn)一步地，導(dǎo)磁回路的截面尺寸為30mm* 30mm。
[0014] 本發(fā)明的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器，不僅能夠避免 基于法拉第效應(yīng)電流傳感器的雙折射問題，同時(shí)能夠解決基于超磁致伸縮材料電流傳感器 磁滯迴線的問題。。此外，通過屏蔽罩和雙錐形導(dǎo)磁回路使磁路狹縫內(nèi)的磁場(chǎng)分為聚磁區(qū)和 蔽磁區(qū)，將傳感頭置于聚磁區(qū)域可實(shí)現(xiàn)高靈敏度、小量程電流測(cè)量，將傳感頭置于蔽磁區(qū)域 可實(shí)現(xiàn)低靈敏度、大量程電流測(cè)量，從而大大增大了該電流傳感器的靈敏度和量程的調(diào)控 范圍。
[0015] 通過以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例的詳細(xì)說明，本發(fā)明的這些以及其他優(yōu) 點(diǎn)將更加明顯。
【附圖說明】
[0016] 本發(fā)明可以通過參考下文中結(jié)合附圖所給出的描述而得到更好的理解，其中在所 有附圖中使用了相同或相似的附圖標(biāo)記來表示相同或者相似的部件。所述附圖連同下面的 詳細(xì)說明一起包含在本說明書中并且形成本說明書的一部分，而且用來進(jìn)一步舉例說明本 發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例和解釋本發(fā)明的原理和優(yōu)點(diǎn)。在附圖中： 圖1是示出本發(fā)明的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器的一個(gè)示 例的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是示出圖1所示的傳感頭的一種可能結(jié)構(gòu)的示意圖； 圖3是示出用于制作本發(fā)明的傳感頭的制作方法的一種示例性處理的流程圖； 圖4是導(dǎo)磁回路及錐形區(qū)磁場(chǎng)分布示意圖。
[0017] 本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，附圖中的元件僅僅是為了簡(jiǎn)單和清楚起見而示出的， 而且不一定是按比例繪制的。例如，附圖中某些元件的尺寸可能相對(duì)于其他元件放大了，以 便有助于提高對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的理解。
[0018]
【具體實(shí)施方式】
[0019]在下文中將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的示范性實(shí)施例進(jìn)行描述。為了清楚和簡(jiǎn)明起見， 在說明書中并未描述實(shí)際實(shí)施方式的所有特征。然而，應(yīng)該了解，在開發(fā)任何這種實(shí)際實(shí)施 例的過程中必須做出很多特定于實(shí)施方式的決定，以便實(shí)現(xiàn)開發(fā)人員的具體目標(biāo)，例如，符 合與系統(tǒng)及業(yè)務(wù)相關(guān)的那些限制條件，并且這些限制條件可能會(huì)隨著實(shí)施方式的不同而有 所改變。此外，還應(yīng)該了解，雖然開發(fā)工作有可能是非常復(fù)雜和費(fèi)時(shí)的，但對(duì)得益于本公開 內(nèi)容的本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，這種開發(fā)工作僅僅是例行的任務(wù)。
[0020] 在此，還需要說明的一點(diǎn)是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中 僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的裝置結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明 關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0021] 本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳 感器，該基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器包括導(dǎo)磁回路、傳感頭、光 纖耦合器、光譜儀以及寬譜光源；其中，導(dǎo)磁回路為矩形回路，導(dǎo)磁回路的一個(gè)邊上開有狹 縫，狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體各被一個(gè)矩形磁屏蔽罩包裹，且狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體為兩個(gè)相對(duì)的錐 形，該兩個(gè)錐形的頂端均為圓形;傳感頭置于兩個(gè)錐形的頂端之間的狹縫區(qū)域或屏蔽罩與 錐形之間的狹縫區(qū)域，且傳感頭的徑向平行于兩個(gè)錐形的頂端平面；寬譜光源發(fā)出的寬譜 光經(jīng)過光纖耦合器后進(jìn)入傳感頭，經(jīng)傳感頭反射的光信號(hào)通過光纖耦合器進(jìn)入光譜儀。
[0022] 下面結(jié)合圖1來描述本發(fā)明的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳 感器的一個(gè)示例。如圖1所示，本發(fā)明的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳 感器100包括導(dǎo)磁回路1-1、傳感頭1-2、光纖耦合器1-3、光譜儀1-4、寬譜光源1-5以及屏蔽 罩 1-6。
[0023] 導(dǎo)磁回路1-1為矩形回路，如圖1所示，在導(dǎo)磁回路1-1的一個(gè)邊上開有狹縫，狹縫 兩側(cè)的導(dǎo)磁體各被一個(gè)矩形磁屏蔽罩1-6包裹，且該狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體為兩個(gè)相對(duì)的錐形， 該兩個(gè)錐形的頂端均為圓形。兩個(gè)屏蔽罩1-6的厚度例如均為2mm，長(zhǎng)度例如均為35mm，內(nèi)徑 尺寸例如均為30mm*30mm，兩個(gè)屏蔽罩之間的距離例如在之間。兩個(gè)錐形的長(zhǎng)度例 如均為30mm，兩個(gè)錐形的頂端例如均為直徑在3mm-5mm之間的圓形，兩個(gè)錐形的頂端之間 的距離例如在之間。導(dǎo)磁回路1 -1的截面例如為30mm * 30mm的正方形截面。
[0024]傳感頭1-2置于以上兩錐形頂端之間的狹縫區(qū)域或以上錐形與屏蔽罩之間的狹縫 區(qū)域，且傳感頭1-2的徑向平行于以上兩個(gè)錐形的頂端平面。
[0025] 寬譜光源1-5通過光纖連接光纖耦合器1-3,光纖耦合器1-3通過光纖連接傳感頭 1-2，而光譜儀1-4也通過光纖連接光纖耦合器1-3。這樣，寬譜光源1-5發(fā)出的寬譜光經(jīng)過光 纖耦合器1-3后進(jìn)入傳感頭1-2,經(jīng)傳感頭1-2反射的光信號(hào)通過光纖耦合器1-3進(jìn)入光譜儀 1-4。其中，寬譜光源1-5的光譜范圍例如為1300nm-1600nm〇
[0026] 相比于CN 201510423585.2中的電流傳感器，本發(fā)明的基于導(dǎo)磁回路及磁流體的 電流傳感器能夠通過錐形導(dǎo)磁回路，而使被測(cè)導(dǎo)線產(chǎn)生的磁場(chǎng)匯聚到傳感頭上，因此能夠 大大提高傳感頭處電流到磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)化效率以及電流測(cè)量靈敏度。而CN 201510423585.2中 的電流傳感器并未考慮到被測(cè)導(dǎo)線在傳感頭處產(chǎn)生磁場(chǎng)效率的問題，實(shí)際上，導(dǎo)線在傳感 頭處產(chǎn)生的磁場(chǎng)的效率很低，且調(diào)節(jié)范圍受限。導(dǎo)致該電流傳感器的電流測(cè)量靈敏度不高， 并且靈敏度和量程的調(diào)控范圍有限。
[0027]根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，如圖2所不，傳感頭1-2可以包括單模光纖部分2-1、空芯光纖 部分2-2以及熊貓光纖部分2-3。其中，單模光纖部分2-1的一端與空芯光纖部分2-2的一端 相熔接，空芯光纖部分2-2的另一端與熊貓光纖部分2-3的一端相熔接，空芯光纖部分2-2的 內(nèi)部為光纖微腔。熊貓光纖部分2-3的側(cè)面上開有一個(gè)孔，作為熊貓光纖部分2-3的側(cè)孔(其 中偵吼未在圖2中示出），該側(cè)孔僅與熊貓光纖部分2-3的兩個(gè)氣孔之一相連通。熊貓光纖部 分2-3的暴露端（即其未與空芯光纖部分2-2熔接的那端)端面上的、與側(cè)孔相連通的氣孔被 封閉（例如通過樹脂膠將該氣孔堵死）。光纖微腔內(nèi)填充有磁流體，并且磁流體充滿整個(gè)光 纖微腔。
[0028] 光纖微腔體積非常小，能與導(dǎo)磁磁路有效結(jié)合，將其置于狹縫的聚磁區(qū)可大大提 高電流的測(cè)量靈敏度，實(shí)現(xiàn)高靈敏度、小量程電流測(cè)量;將其置于蔽磁區(qū)可降低電流的測(cè)量 靈敏度，實(shí)現(xiàn)低靈敏度、大量程電流測(cè)量。因此，該電流傳感器的靈敏度和量程的調(diào)控范圍 非常大。
[0029] 以上實(shí)現(xiàn)方式與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，現(xiàn)有技術(shù)通常將粘貼有光纖光柵的GMM與磁 路結(jié)合，利用GMM的磁致伸縮特性通過檢測(cè)光纖光柵的光譜變化實(shí)現(xiàn)電流測(cè)量，盡管此方法 也能將導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)聚集到傳感頭上，但是GMM存在固有磁滯迴線特性，限制了此種 方法的測(cè)量靈敏度的提高；而本發(fā)明所利用的磁流體是一種超順磁特性液體，不存在磁滯 迴線特性，因此，通過磁路聚磁的方式可以極大提高靈敏度。
[0030] 熊貓光纖部分2-3上的側(cè)孔的直徑尺寸例如為3μπι-20μπι，其可以采用飛秒激光打 孔方式實(shí)現(xiàn)。
[0031] 其中，空芯光纖部分2-2的長(zhǎng)度例如為50μπι-200μπι，內(nèi)徑例如為60 μL? -100 μL??？?芯光纖部分2-2的外徑與熊貓光纖部分2-3的外徑以及單模光纖部分2-1的外徑相同，例如 均為125μηι。熊貓光纖部分2-3的包層內(nèi)兩個(gè)氣孔直徑例如為10μηι-30μηι，兩個(gè)氣孔中心間距 例如為25μηι-60μηι，熊貓光纖部分2_3的長(zhǎng)度例如為10mm-20mm。側(cè)孔例如距尚熊貓光纖部 分2-3與空芯光纖部分2-2的熔接點(diǎn)2mm-5mm。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用以上參數(shù)的傳感頭能夠 進(jìn)一步提高電流的測(cè)量靈敏度。
[0032] 下面結(jié)合圖3描述用于制作本發(fā)明的傳感頭的制作方法的一個(gè)示例的處理流程 300 〇
[0033] 如圖3所示，處理流程300開始之后，執(zhí)行步驟S310。
[0034]在步驟S310中，將目標(biāo)單模光纖與目標(biāo)空芯光纖熔接，采用與熔接兩根單模光纖 時(shí)相同的放電強(qiáng)度。然后執(zhí)行步驟S320。
[0035]在步驟S320中，以目標(biāo)單模光纖與目標(biāo)空芯光纖的熔接點(diǎn)為起點(diǎn)，在目標(biāo)空芯光 纖上截取一段空芯光纖，將此段空芯光纖的自由端與目標(biāo)熊貓光纖熔接，采用熔接兩根單 模光纖時(shí)的放電強(qiáng)度的1 / 3至2 /3,以在目標(biāo)單模光纖與目標(biāo)熊貓光纖之間形成一個(gè) 光纖微腔。接著執(zhí)行步驟S330。
[0036] 在步驟S330中，以目標(biāo)空芯光纖與目標(biāo)熊貓光纖的熔接點(diǎn)為起點(diǎn)，在目標(biāo)熊貓光 纖上截取一段熊貓光纖。接著執(zhí)行步驟S340。
[0037] 在步驟S340中，在目標(biāo)熊貓光纖的側(cè)面上開一側(cè)孔，使側(cè)孔僅與目標(biāo)熊貓光纖的 兩個(gè)氣孔中的一個(gè)相連通。然后執(zhí)行步驟S350。
[0038]在步驟S350中，在顯微鏡下將目標(biāo)熊貓光纖的自由端端面放大，將與側(cè)孔相連通 的目標(biāo)熊貓光纖的氣孔堵死。然后執(zhí)行步驟S360。
[0039]在步驟S360中，將目標(biāo)熊貓光纖的自由端插入磁流體中，并使目標(biāo)熊貓光纖的側(cè) 孔暴露在空氣中，利用毛細(xì)現(xiàn)象將磁流體填充到光纖微腔內(nèi)。處理流程300結(jié)束。
[0040] 根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)方式，在目標(biāo)空芯光纖上截取的一段空芯光纖的內(nèi)徑為60 μπι -100 μπι，空芯光纖的長(zhǎng)度為50μηι-200μηι，光纖微腔的長(zhǎng)度為50μηι-200μηι;目標(biāo)熊貓光纖的外徑 與目標(biāo)單模光纖的外徑以及空芯光纖的外徑均為125μηι，目標(biāo)熊貓光纖的包層內(nèi)兩個(gè)氣孔 直徑為1〇Μ?-30μηι，兩個(gè)氣孔中心間距為25μηι-60μηι，目標(biāo)熊貓光纖的長(zhǎng)度為10mm - 20mm;側(cè) 孔距離目標(biāo)熊貓光纖與目標(biāo)空芯光纖的熔接點(diǎn)2mm-5mm。
[0041] 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采用以上方法制作的傳感頭能夠滿足不同靈敏度和不同量程電流 的測(cè)量要求。
[0042] 應(yīng)用示例1 下面描述本發(fā)明的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器100的一個(gè) 應(yīng)用示例。
[0043] 如圖1所示，電流傳感器100在測(cè)量電流時(shí)，將導(dǎo)磁回路1-1套在被測(cè)導(dǎo)線上，使得 被測(cè)導(dǎo)線由導(dǎo)磁回路1 -1的空腔中心通過，導(dǎo)磁回路1 -1感應(yīng)被測(cè)電流，并將在磁路內(nèi)產(chǎn)生 的磁場(chǎng)引導(dǎo)至磁路狹縫內(nèi)的傳感頭1 -2上。在磁場(chǎng)的作用下，磁流體會(huì)產(chǎn)生磁致折變效應(yīng)， 其折射率隨磁場(chǎng)的變化而變化，進(jìn)而導(dǎo)致光纖微腔光程的變化，從而使得光纖微腔的干涉 譜平移，通過檢測(cè)干涉譜平移的大小即可獲得被測(cè)電流的大小。
[0044] 寬譜光源l-5采用ASE光源，其光譜范圍為1300nm-1600nm，發(fā)出的寬譜光經(jīng)lX2光 纖耦合器(作為光纖耦合器1-3的示例)后，進(jìn)入傳感頭1_2(磁流體光纖微腔），經(jīng)傳感頭1-2 反射的光信號(hào)通過上述1X2光纖耦合器進(jìn)入光譜儀1-4,然后再通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的 處理。
[0045] 本發(fā)明的基于導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器100是基于琺珀干涉儀原理實(shí)現(xiàn) 的，由于設(shè)計(jì)為反射式結(jié)構(gòu)，所以光譜儀1-4接收到的干涉譜信號(hào)可以表示為：
式中，/為光強(qiáng)，Λ為單模光纖部分與磁流體連接處的反射率，為磁流體與熊貓 光纖部分連接處的反射率，C為光在磁流體通過的單程損耗，6是磁流體光纖微腔的光程 差，可由下式表示：
其中，/2為磁流體的折射率，Ζ為光纖微腔的長(zhǎng)度，Α為光波的波長(zhǎng)。
[0046] 磁流體具有磁致折變特性，電流傳感器100就是利用磁流體的這種特性實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng) 傳感的。導(dǎo)磁回路1 -1將導(dǎo)線電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)通過磁路加載到傳感頭上，在磁場(chǎng)的作用下， 磁流體的折射率變化，導(dǎo)致光纖微腔的光程差變化，進(jìn)而導(dǎo)致磁流體光纖微腔干涉譜平移。 干涉譜平移量與被測(cè)電流的大小在一定范圍內(nèi)呈線性，利用此關(guān)系通過測(cè)量光纖微腔干涉 譜平移量的大小，即可獲得被測(cè)磁場(chǎng)的大小。
[0047] 圖4是導(dǎo)磁回路、屏蔽罩及狹縫內(nèi)磁場(chǎng)分布示意圖。如圖4所示，導(dǎo)磁回路1-1形狀 為矩形回路，截面尺寸為30mm * 30mm(正方形截面），其中一臂上開有一狹縫，且狹縫處導(dǎo)磁 體為兩個(gè)相對(duì)的錐形，兩錐形頂端均為直徑在30mm-50mm之間的圓形，兩錐形頂端之間的 距離在之間，傳感頭置于兩錐形頂端之間的狹縫區(qū)域或屏蔽罩與錐形之間的狹縫 區(qū)域，且傳感頭經(jīng)向平行于兩錐形頂端平面。如圖4所示的仿真結(jié)果表明，被測(cè)電流產(chǎn)生的 磁場(chǎng)主要集中在錐形頂端，其次集中在屏蔽罩內(nèi)，而屏蔽罩和錐形體之間磁場(chǎng)非常弱，于是 磁路狹縫內(nèi)出現(xiàn)了兩個(gè)截然不同的區(qū)域，一個(gè)是兩錐形頂端之間的聚磁區(qū)，另一個(gè)是屏蔽 罩與錐形體之間的屏蔽區(qū)。將傳感頭1-2置于聚磁區(qū)域可實(shí)現(xiàn)高靈敏度、小量程電流測(cè)量； 將傳感頭1-2置于蔽磁區(qū)域可實(shí)現(xiàn)低靈敏度、大量程電流測(cè)量。
[0048] 應(yīng)用示例2 下面描述用于制作本發(fā)明的傳感頭的一個(gè)應(yīng)用示例。
[0049]首先將普通單模光纖(作為目標(biāo)單模光纖的示例）與空芯光纖(作為目標(biāo)空芯光纖 的示例)熔接，熔接采用的放電強(qiáng)度與正常情況下熔接兩根普通單模光纖的強(qiáng)度相同。 [0050]然后，以普通單模光纖與空芯光纖的熔接點(diǎn)為起點(diǎn)，在空芯光纖上截取長(zhǎng)度在50μ πι-200μπι之間的一段空芯光纖，將此段空芯光纖的自由端與熊貓光纖(作為目標(biāo)熊貓光纖的 示例)熔接。其中，熊貓光纖、普通單模光纖以及空芯光纖的外徑尺寸相同，均為125μπι，熊貓 光纖包層內(nèi)雙孔直徑為1〇μπι-30μπι，雙孔中心間距為25μπι-60μπι。空芯光纖與熊貓光纖熔接 采用的放電強(qiáng)度是正常情況下熔接兩根普通單模光纖的放電強(qiáng)度的1 / 3至2 /3。這 樣，在普通單模光纖與熊貓光纖之間就會(huì)形成長(zhǎng)度在50μπι-200μπι的光纖微腔。
[0051]以普通單模光纖與熊貓光纖的熔接點(diǎn)為起點(diǎn)，在熊貓光纖上截取一段長(zhǎng)度在 10mm-20mm之間的熊貓光纖，然后在距離普通單模光纖與熊貓光纖的恪接點(diǎn)處的熊 貓光纖的側(cè)面上開一小孔(可飛秒激光打此孔），使其僅與熊貓光纖兩個(gè)氣孔中的一個(gè)相連 通。
[0052]接著，在顯微鏡下將熊貓光纖的端面放大，然后用樹脂膠將與側(cè)孔相連通的熊貓 光纖的氣孔堵死。
[0053]這樣，將熊貓光纖的自由端插入磁流體中，保證熊貓光纖的側(cè)孔暴露在空氣中，利 用毛細(xì)現(xiàn)象將磁流體填充到光纖微腔內(nèi)。
[0054] 由此而制得的傳感頭具有如圖2所示的結(jié)構(gòu)，如圖2所示，在制成的傳感頭中，目標(biāo) 單模光纖的部分對(duì)應(yīng)于圖2所示的單模光纖部分2-1，目標(biāo)空芯光纖的部分對(duì)應(yīng)于圖2所示 的空芯光纖部分2-2,而目標(biāo)熊貓光纖的的部分對(duì)應(yīng)于圖2所示的熊貓光纖部分2-3。
[0055] 盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域 內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意， 本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限 定本發(fā)明的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對(duì)于本 技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對(duì)于本發(fā)明的范圍，對(duì)本 發(fā)明所做的公開是說明性的，而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求書限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器，其特征在于，所述基于聚 磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器包括導(dǎo)磁回路、屏蔽罩、傳感頭、光纖耦合 器、光譜儀以及寬譜光源； 其中，所述導(dǎo)磁回路為矩形回路，所述導(dǎo)磁回路的一個(gè)邊上開有狹縫，所屬狹縫兩側(cè)的 導(dǎo)磁體各被一個(gè)矩形磁屏蔽罩包裹，且所述狹縫兩側(cè)的導(dǎo)磁體為兩個(gè)相對(duì)的錐形，該兩個(gè) 錐形的頂端均為圓形，所述兩錐形頂端之間的狹縫區(qū)域?yàn)榫鄞艆^(qū)，所述錐形與所述屏蔽罩 之間的狹縫區(qū)域?yàn)楸未艆^(qū)； 所述傳感頭置于所述狹縫的聚磁區(qū)或蔽磁區(qū)，且所述傳感頭的徑向平行于所述兩個(gè)錐 形的頂端平面； 所述寬譜光源發(fā)出的寬譜光經(jīng)過所述光纖耦合器后進(jìn)入所述傳感頭，經(jīng)所述傳感頭反 射的光信號(hào)通過所述光纖耦合器進(jìn)入所述光譜儀。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器，其 特征在于，所述傳感頭包括單模光纖部分、空芯光纖部分以及熊貓光纖部分； 其中，所述單模光纖部分的一端與所述空芯光纖部分的一端相熔接，所述空芯光纖部 分的另一端與所述熊貓光纖部分相熔接，所述空芯光纖部分內(nèi)部為光纖微腔;所述熊貓光 纖部分的側(cè)面上開有一個(gè)孔，作為所述熊貓光纖部分的側(cè)孔，所述側(cè)孔僅與所述熊貓光纖 部分的兩個(gè)氣孔之一相連通;所述熊貓光纖部分的暴露端面上的、與所述側(cè)孔相連通的氣 孔被封閉;所述光纖微腔內(nèi)填充有磁流體。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流傳感器，其 特征在于，所述空芯光纖部分的長(zhǎng)度為50μηι - 200μηι，所述空芯光纖部分的內(nèi)徑為60 μπι-lOOwii，所述空芯光纖部分的外經(jīng)、所屬熊貓光纖部分的外徑以及所述單模光纖部分的外徑 均為125μπι，所述熊貓光纖部分的包層內(nèi)兩個(gè)氣孔直徑為10μπι-30μπι，所述兩個(gè)氣孔中心間 距為25μπι-60μπι，所述熊貓光纖部分的長(zhǎng)度為10mm-20mm，所述側(cè)孔距離所述熊貓光纖部分 與所述空芯光纖部分的恪接點(diǎn)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流 傳感器，其特征在于，所述兩個(gè)錐形的長(zhǎng)度均為30_，所述兩個(gè)錐形的頂端均為直徑在3mm-5mm之間的圓形，所述兩個(gè)錐形的頂端之間的距離在1 mm- 3mm之間，所述兩個(gè)矩形磁屏蔽罩 的厚度均為2mm，所屬兩個(gè)矩形磁屏蔽罩的長(zhǎng)度均為35mm，所屬兩個(gè)矩形磁屏蔽罩的內(nèi)徑尺 寸均為30mm * 30mm，所屬兩個(gè)矩形磁屏蔽罩之間的距離為。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的基聚磁和蔽磁雙功能于導(dǎo)磁回路及磁流體的電流 傳感器，其特征在于，所述寬譜光源的光譜范圍為1300nm-1600nm。6. 根據(jù)權(quán)利要求1 - 5中任一項(xiàng)所述的基于聚磁和蔽磁雙功能導(dǎo)磁回路及磁流體的電流 傳感器，其特征在于，所述導(dǎo)磁回路的截面尺寸為30mm* 30_。
【文檔編號(hào)】G01R15/24GK106093512SQ201610444092
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月21日
【發(fā)明人】楊玉強(qiáng), 葛偉, 李林軍, 楊群
【申請(qǐng)人】哈爾濱理工大學(xué)