專利名稱：一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圈的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反射式光纖電流傳感器，特別是一種用于反射式光纖電流 傳感器的敏感光纖線圏。
技術(shù)背景光纖電流傳感器是一種基于法拉第效應(yīng)的、敏感導(dǎo)體內(nèi)通過電流的光電傳 感器，由于其具有對高壓絕緣、高安全性和可靠性、維護費用低等優(yōu)勢，因而 具有很好的市場前景，特別是反射式光纖電流傳感器，由于其具有較好的互易 性，因此性能更優(yōu)。在反射式光纖電流傳感器中，敏感線圈內(nèi)傳輸?shù)淖笮陀倚龍A偏振光感應(yīng) 待測電流產(chǎn)生的磁場后會產(chǎn)生不同的相位變化，繼而通過解調(diào)左旋和右旋圓偏 振光波間的相位差得到待測電流的大小。為了保證電流測量值的準(zhǔn)確性，要求 敏感光纖在受到擾動(例如溫度變化等)時，敏感光纖的雙折射率變化僅與敏 感光纖的材料相關(guān)，而不受其他外在應(yīng)力的影響。否則，敏感光纖的雙折射率 將發(fā)生變化，導(dǎo)致解調(diào)得到的信號將包含誤差，并且這種誤差很難得到準(zhǔn)確的 補償。而且在實際應(yīng)用中，敏感光纖線圈通常需要支撐，即需要固定在某種材 料制作的骨架結(jié)構(gòu)上，這樣當(dāng)外界溫度發(fā)生變化時，敏感光纖線圏與骨架結(jié)構(gòu) 都無可避免的會受到外在應(yīng)力的影響，因此需要對敏感線圈進行必要的保護。2005年第17次"Conference on Optical Fibre Sensors"中發(fā)表的文章 "Fiber-optic dc current sensor for the electro- winning industry" 乂>開了 一種 敏感線圏的制備方法，該方法將敏感光纖6固定在毛細管12內(nèi)，并通過環(huán)氧 環(huán)帶13對毛細管進行固定，其截面如圖1所示。該種方法所述的敏感線圈需 要通過退火進行光纖去應(yīng)力處理，并且光纖在毛細管內(nèi)無法完全固定，因此其 受到的應(yīng)力會隨著外界條件的變化而發(fā)生變化。另外，敏感光纖線圈隨溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力能夠通過溫控的方式補償，而 敏感線圈骨架受溫度變化影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)形變帶來的應(yīng)力影響則取決于骨架結(jié) 構(gòu)的材料，材料膨脹率越大，骨架結(jié)構(gòu)形變越嚴(yán)重，就可能對敏感光纖造成的 應(yīng)力越大，從而產(chǎn)生非線性導(dǎo)致難以補償。金屬材料具有良好的加工性和較低 的成本，但是線膨脹系數(shù)大，因此用其制作線圈骨架又容易受到應(yīng)力的影響。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種穩(wěn)定性好、 可提高光纖電流傳感器測量精度的反射式光纖電流傳感器敏感線圈的制備方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是 一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圏的制備 方法，步驟如下(1 )采用金屬材料加工環(huán)形骨架，并在所述環(huán)形骨架的圓周方向上加工阿 基米德螺旋線形狀的溝槽；(2) 將膏狀物均勻涂敷于溝槽內(nèi)，涂敷時留出用于固定入/4波片和反射 鏡的位置，入/4波片和反射鏡分別位于溝槽的起始處和終結(jié)處并且在骨架法線 方向的投影重合；(3) 將敏感光纖沿溝槽盤繞，并保證不與溝槽接觸，敏感光纖的一端連接 反射鏡，敏感光纖的另一端通過入/4波片連接保偏光纖；(4) 利用膏狀物對溝槽進行填充固定并密封，然后通過振動釋放^:感光纖 上的應(yīng)力，4吏^:感光纖的狀態(tài)達到穩(wěn)定。所述溝槽的截面為梯形或矩形，槽深1 5mm,槽寬1~5mm,槽間距 2~10mm。所述的入/4波片和反射鏡均采用剛性套管保護，并用硅橡膠固定在骨架上。 所述的膏狀物粘度在粘度計為每分鐘6轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速時應(yīng)大于5000cP,且在 -40~70"的溫度范圍內(nèi)不會流動。所述步驟(4)中振動的頻率為20 2kHz，且總均方根加速度不小于lgrms，振動方向為繞制平面上相互垂直的兩個方向及垂直于繞制平面的一個方向。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于(1) 本發(fā)明方法采用了金屬骨架進行加工，具有穩(wěn)定性好、抗沖擊振動性 能好、可批量加工且批量成本低的優(yōu)點；(2) 采用溝槽設(shè)計后，可以通過膏狀物固定敏感光纖的位置，避免了膏狀 物的微小流動和光纖位置移動引入的誤差；(3 )采用保護管保護反射鏡和四分之一波片，能夠避免反射鏡涂層受到損 壞，同時使四分之一波片不會因切向應(yīng)力而性能下降，同時有利于采用橡膠對 四分之一波片和反射鏡進行固定，保證相對位置的不變，保證線圈在法向的準(zhǔn) 確閉合；(4) 采用膏狀物可以避免部分光纖直接接觸金屬骨架引起的局部溫度不同 和應(yīng)力變化，保證線圈的應(yīng)力均勻性和最??；(5) 對固定好的線圈進行工藝振動，可以使線圈在繞制過程中的局部大應(yīng) 力得到釋放，同時使線圈的應(yīng)力均勻化，保證線圏在后續(xù)使用中的穩(wěn)定性。


圖1為采用現(xiàn)有方法制備的一種^:感線圈的結(jié)構(gòu)圖； 圖2為采用本發(fā)明方法制備的敏感線圈的結(jié)構(gòu)圖； 圖3為采用本發(fā)明方法制備的敏感線圈的溝槽的截面圖。
具體實施方式
如圖2所示，本發(fā)明采用密度相對較小，成本較低的鋁合金加工環(huán)形敏感 線圈骨架1，線圈骨架1表面進行陽極氧化處理，避免金屬氧化對線圈的影響。 在線圈骨架上加工有形狀為阿基米德螺旋線的溝槽2，其徑向截面為梯形或矩 形，槽深1 5mm，槽寬1 5mm，槽間距2 10mm, —般選擇槽深2mm,槽 寬2mm,槽間距4mm。溝槽2圓周方向形狀為阿基米德螺旋線，在螺旋線的 起始處和終結(jié)處均有切線延伸，且垂直相交。加工時，使用出口較小的注射器將光纖膏涂于溝槽2內(nèi)，高度0.8 1.2mm,使用能且僅能伸入溝槽2內(nèi)0.8 1.2mm的工具將光纖膏刮平，以保證光纖在繞 制時處于一個平面上，避免受到額外的應(yīng)力。
涂敷時除選用光纖膏外，還可以選用其它的膏狀物，該種膏狀物應(yīng)具有一 定的粘度，并保證在粘度計為每分鐘6轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速時大于5000cP，且在-40 7CTC 的溫度范圍內(nèi)不會流動。敏感光纖6選用低線雙折射光纖，其線雙折射率小于 1CT6,保偏光纖4選用高線雙折射光纖，其線雙折射率大于icr5。
然后，利用保偏光纖熔接機，將保偏光纖4和敏感光纖6通過四分之一波 片3連接，用膠帶將四分之一波片3臨時固定在溝槽2兩切線相交的地方，將 一端有反射鏡5的敏感光纖6沿溝槽盤繞，光纖盡量落在溝槽2的中間位置， 繞制后將反射鏡5固定在四分之一波片3的上方，且保證兩者在線圏的法線上 重合，之后用硅橡膠固定于鋁合金骨架上。
隨后，利用光纖膏填充溝槽2剩下的高度，用鋁合金蓋板15和GD414橡 膠將溝槽密封，并用螺釘將蓋板固定在鋁合金骨架上，形成的截面如圖3所示， 骨架1通過光纖膏14承載敏感光纖6,上有密封蓋板15。
最后對線圈進行總均方根加速度不小于1grms的隨機振動，振動頻率 20~2kHz,當(dāng)振動總均方根加速度為2grms時，振動時間約10分鐘，以釋放 繞制過程中引入的局部應(yīng)力。
本發(fā)明說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
權(quán)利要求
1、一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圈的制備方法，其特征在于步驟如下(1)采用金屬材料加工環(huán)形骨架(1)，并在所述環(huán)形骨架(1)的圓周方向上加工阿基米德螺旋線形狀的溝槽(2)；(2)將膏狀物均勻涂敷于溝槽(2)內(nèi)，涂敷時留出用于固定λ/4波片(3)和反射鏡(5)的位置，λ/4波片(3)和反射鏡(5)分別位于溝槽(2)的起始處和終結(jié)處并且在環(huán)形骨架(1)法線方向的投影重合；(3)將敏感光纖(6)沿溝槽(2)盤繞，并保證不與溝槽(2)接觸，敏感光纖(6)的一端連接反射鏡(5)，敏感光纖(6)的另一端通過λ/4波片(3)連接保偏光纖(4)；(4)利用膏狀物對溝槽(2)進行填充固定并密封，然后通過振動釋放敏感光纖(6)上的應(yīng)力，使敏感光纖(6)的狀態(tài)達到穩(wěn)定。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圈的制備 方法，其特征在于所述的溝槽(2)的截面為梯形或矩形，槽深1 5mm,槽 寬1~5mm,槽間距2 10mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種反射式光纖電流傳感器的壽文感線圏的 制備方法，其特征在于所述的入/4波片(3)和反射鏡(5)均采用剛性套管 保護，并用硅橡膠固定在環(huán)形骨架(1 )上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種反射式光纖電流傳感器的^:感線圈的 制備方法，其特征在于所述的膏狀物粘度在粘度計為每分鐘6轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速時應(yīng) 大于5000cP，且在-40 70。C的溫度范圍內(nèi)不會流動。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圏的 制備方法，其特征在于所述步驟(4)中振動的頻率為20 2kHz,且總均方 根加速度不小于lgms,振動方向為繞制平面上相互垂直的兩個方向及垂直于繞 制平面的一個方向。
全文摘要
一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圈的制備方法，在環(huán)形金屬骨架上加工阿基米德螺旋線形狀的溝槽，將敏感光纖繞制在溝槽內(nèi)，利用光纖膏進行填充固定后，將溝槽密封，最后通過溫度沖擊及振動釋放敏感光纖上的應(yīng)力，使敏感光纖的狀態(tài)達到穩(wěn)定。本發(fā)明方法可以保證敏感光纖線圈即使在一定的擾動下也具有良好的穩(wěn)定性，能夠保證理想的測量精度；同時，本發(fā)明方法選用金屬骨架降低了制造難度和成本，而且在工藝上容易實現(xiàn)繞制的一致性。
文檔編號G01R19/00GK101408559SQ20081022674
公開日2009年4月15日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月21日
發(fā)明者單聯(lián)潔, 張志鑫, 巍 王, 王學(xué)鋒 申請人:中國航天時代電子公司