專利名稱：光纖電壓傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是以光學(xué)方法檢測電壓的器件。
電壓傳感是光纖傳感的一個重要應(yīng)用方面，其基本原理是利用被測對象電壓的變化對光纖中的光信號進(jìn)行調(diào)制，并根據(jù)對光纖中光信號的檢測來實(shí)現(xiàn)對被測對象的電壓檢測。
對于微彎光纖傳感器應(yīng)用于電壓傳感方面，目前研究的較少。本發(fā)明的目的即在于提供一種簡單可靠的利用微彎光纖傳感器實(shí)現(xiàn)電壓檢測的新型光纖電壓傳感器。
微彎光纖電壓傳感器是利用光纖的微彎損耗現(xiàn)象實(shí)現(xiàn)對電壓的檢測的。其基本原理是將光纖中的傳輸導(dǎo)模耦合入輻射模。隨著微彎機(jī)制的變化，無論是光纖中的透射光強(qiáng)，還是逸出光纖的輻射光強(qiáng)都將發(fā)生變化。在微彎光纖電壓傳感器中，利用被測對象電壓變化所導(dǎo)致的材料電致伸縮來對光纖進(jìn)行調(diào)制，從而使光纖發(fā)生微彎損耗，光纖微彎損耗的程度與被測對象電壓相關(guān)。通過探測光纖中光信號的損耗，即可實(shí)現(xiàn)對被測對象電壓的測量。
本發(fā)明的具體解決方案為包括由兩塊具有相對的，相互錯開的波紋表面的板構(gòu)成的微彎變形器，兩塊由具有特定的電致伸縮系數(shù)的電致伸縮材料制成的電壓感應(yīng)器，兩者共同構(gòu)成光纖微彎調(diào)制器。信號光纖置于調(diào)制器的齒隙之間，并受齒間間隙變化的影響而產(chǎn)生微彎變形。
當(dāng)被測對象電壓發(fā)生變化時，電壓感應(yīng)器的幾何尺寸因?yàn)殡娭律炜s發(fā)生變化，進(jìn)而帶動微彎變形器產(chǎn)生位移，并進(jìn)一步改變信號光纖的彎曲程度，從而導(dǎo)致信號光纖中的光信號的損耗發(fā)生變化，其透射光強(qiáng)及輻射光強(qiáng)亦發(fā)生變化，通過對信號光纖中光信號的檢測，即可實(shí)現(xiàn)對被測對象的電壓測量。
該電壓傳感器中，既可以采用采用兩塊電壓感應(yīng)器從微彎變形器兩側(cè)同時調(diào)制的形式，也可以采用一塊電壓感應(yīng)器從微彎變形器單側(cè)進(jìn)行調(diào)制，微彎變形器另一側(cè)固定的形式。
該電壓傳感器中，微彎變形器可由其他材料單獨(dú)制作，也可用與電壓感應(yīng)器相同的材料制作并可將兩者做成一體。
該電壓傳感器中，信號光纖是一根完整的光纖，在傳感器中，無需對光纖進(jìn)行對準(zhǔn)。
為了消除其他因素的干擾，該光纖電壓傳感器還包括一根參考光纖。該參考光纖與信號光纖處于同一環(huán)境下，但不經(jīng)過微彎變形器，從而有效消除了其他外界因素對測量結(jié)果的影響。
為了準(zhǔn)確進(jìn)行電壓探測，整個傳感器可安裝于由其它材料制成的基座上，也可直接用與電壓感應(yīng)器相同的材料制作基座，并可將基座與電壓感應(yīng)器制成一體。
附

圖1本發(fā)明的最簡單形式的截面?zhèn)纫晥D。
附圖2是本發(fā)明的單側(cè)調(diào)制的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖3是本發(fā)明的雙側(cè)調(diào)制的結(jié)構(gòu)示意圖。
附圖4是本發(fā)明中，透射光強(qiáng)與微彎器位移的關(guān)系。
從附圖1可以看出，本發(fā)明是由兩塊具有相對的，相互錯開的波紋表面的板(部件2，4)構(gòu)成的微彎變形器與由具有特定的電致伸縮系數(shù)的電致伸縮材料制成的電壓感應(yīng)器(部件1，5)共同構(gòu)成光纖微彎調(diào)制器。通過電壓感應(yīng)器與微彎變形器將被測對象電壓的變化轉(zhuǎn)換為微彎變形器Y方向的位移，位于微彎變形器齒隙間的光纖(部件3)在微彎變形器Y方向的位移作用下產(chǎn)生彎曲，其彎曲程度隨被測對象的電壓變化而變化并導(dǎo)致通過光纖中的光信號的損耗發(fā)生變化，其透射光強(qiáng)及輻射光強(qiáng)亦發(fā)生變化。通過對光纖輸出光信號的的測量，即可實(shí)現(xiàn)對被測對象的電壓檢測。
附圖4是本發(fā)明中，透射光強(qiáng)與微彎器位移的關(guān)系。從圖中可以看出，該曲線有三個性質(zhì)不同的區(qū)域。其中I區(qū)光纖彎曲較小，僅有部分最易泄漏的模發(fā)生輻射，II區(qū)為線性區(qū)，約占透射測量段的60％，III區(qū)則表明，如果光纖彎曲程度過大，則光纖中光信號幾乎全部損耗，調(diào)制靈敏度大幅度下降，本發(fā)明即利用圖中II區(qū)來實(shí)現(xiàn)對信號光纖的調(diào)制。
在實(shí)際使用中，根據(jù)實(shí)際需要為微彎變形器選擇不同的預(yù)加偏載以及選用不同的電致伸縮材料制作電壓感應(yīng)器，從而實(shí)現(xiàn)在不同環(huán)境下的電壓檢測。
根據(jù)具體的工藝，結(jié)構(gòu)以及實(shí)際使用中的要求，對于微彎變形器，電壓感應(yīng)器以及基座可以有多種實(shí)際應(yīng)用方式。可以將微彎變形器與電壓感應(yīng)器作為兩個部件分別制作(見附圖2-a，附圖3-a)，然后再組合在一起，也可以將二者制成一體(見附圖2-b，附圖3-b)，可以將基座作為一個獨(dú)立部分單獨(dú)制作，也可以將基座與電壓感應(yīng)器制成一體，可以采用微彎變形器一端固定，用一個電壓感應(yīng)器從單側(cè)進(jìn)行調(diào)制的方式(見附圖2)，也可以采用兩個電壓感應(yīng)器從兩側(cè)同時進(jìn)行調(diào)制的方式(見附圖3)。具體的應(yīng)用方式應(yīng)該根據(jù)實(shí)際使用中的要求來確定。
在傳感器使用時，將其直接固定在被測對象上，被測對象電壓的變化傳遞到傳感器的電壓感應(yīng)器，使電壓感應(yīng)器的幾何尺寸發(fā)生變化，并導(dǎo)致微彎調(diào)制器的位移，光纖在該位移的作用下產(chǎn)生彎曲并且彎曲振幅隨被測對象的電壓變化而變化，這使光纖中的光信號的損耗發(fā)生變化，其透射光強(qiáng)及輻射光強(qiáng)亦發(fā)生變化，通過對光纖中輸出光信號的檢測，即可實(shí)現(xiàn)對被測對象電壓的檢測。
為避免光纖被微彎調(diào)制器中的波紋狀的齒損傷，可以在光纖的周圍以及微彎調(diào)制器的齒隙中填充柔性緩沖材料，以起緩沖和保護(hù)作用?；蛘卟捎糜扇嵝圆牧现瞥傻膲|片，并將其粘在微彎調(diào)制器的波紋狀的齒上，當(dāng)微彎調(diào)制器產(chǎn)生位移時，光纖被齒擠壓，由于墊片的柔性，同樣可以使光纖產(chǎn)生彎曲變形并引起光纖中光信號損耗的變化。
為了有效消除外部環(huán)境中其他因素的干擾，參考光纖應(yīng)該盡量靠近信號光纖，以達(dá)到與信號光纖處于相同外部環(huán)境的目的，從而有效消除外部環(huán)境對測量結(jié)果的影響。
權(quán)利要求
1一種光纖電壓傳感器，包括由兩塊具有相對的，相互錯開的波紋表面的板構(gòu)成的微彎變形器，一根夾在微彎變形器中間的信號光纖，一根參考光纖和兩塊由具有特定的電致伸縮系數(shù)的電致伸縮材料制成的電壓感應(yīng)器。光纖的一端裝有信號發(fā)送裝置，另一端裝有信號接收裝置。
2如權(quán)利要求1所述光纖電壓傳感器，其特征在于電壓變化時，電壓感應(yīng)器的幾何尺寸因?yàn)殡娭律炜s發(fā)生變化，進(jìn)而帶動微彎變形器運(yùn)動，改變信號光纖的彎曲程度，從而實(shí)現(xiàn)對信號光纖中光強(qiáng)的調(diào)制。
3如權(quán)利要求1或2所述光纖電壓傳感器，其特征在于微彎變形器可由其他材料單獨(dú)制作，也可用與電壓感應(yīng)器相同的材料制作并可將兩者做成一體。
4如權(quán)利要求1或2或3所述的光纖電壓傳感器，其特征在于整個傳感器既可以安裝于由其它材料制成的基座上，也可直接用與電壓感應(yīng)器相同的材料制作基座，并可將基座與電壓傳感塊制成一體。
5如權(quán)利要求1或2或3所述光纖電壓傳感器，其特征在于可以采用兩塊電壓感應(yīng)器從微彎變形器兩側(cè)同時調(diào)制的形式，也可以采用一塊電壓感應(yīng)器從微彎變形器單側(cè)進(jìn)行調(diào)制，微彎變形器另一側(cè)固定的形式。
6如權(quán)利要求1或2所述的光纖電壓傳感器，其特征在于包括一根與信號光纖處于同一環(huán)境下，但不經(jīng)過微彎變形器的參考光纖。
7如權(quán)利要求1或2或3所述光纖電壓傳感器，其特征在于信號光纖是一根完整的光纖，在傳感器中無需進(jìn)行光纖對準(zhǔn)。
全文摘要
一種微彎光纖電壓傳感器，包括由兩塊具有相對的，相互錯開的波紋表面的板構(gòu)成的微彎變形器，一根夾在變形器中間的信號光纖，一根參考光纖和兩塊由具有特定的電致伸縮系數(shù)的電致伸縮材料制成的電壓感應(yīng)器。其中微彎變形器可由其他材料單獨(dú)制作，也可用與電壓感應(yīng)器相同的材料并將兩者做成一體。在電壓變化時，電壓感應(yīng)器的幾何尺寸因?yàn)殡娭律炜s發(fā)生變化而推動微彎變形器運(yùn)動，改變信號光纖的彎曲程度，從而實(shí)現(xiàn)對信號光纖中光強(qiáng)的調(diào)制。參考光纖與信號光纖處于相同的外界環(huán)境，但不通過變形器，以補(bǔ)償因?yàn)槠渌饨缫蛩貙?dǎo)致的誤差。光纖上覆有涂層，涂層有效提高了光纖對外界環(huán)境的適應(yīng)能力。
文檔編號G01R19/00GK1940484SQ20051001949
公開日2007年4月4日 申請日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月28日
發(fā)明者王敏 申請人:王敏