基于导磁回路及磁流体的电流传感器制造技术

本发明专利技术提供了一种基于导磁回路及磁流体的电流传感器。电流传感器包括导磁回路、传感头、光纤耦合器、光谱仪和宽谱光源；导磁回路为矩形回路，其一边开有狭缝，狭缝两侧的导磁体为两个相对的锥形，两锥形的顶端均为圆形；传感头置于两锥形的顶端之间，传感头的径向平行于两锥形的顶端平面；宽谱光源发出的宽谱光经过光纤耦合器后进入传感头，经传感头反射的光信号通过光纤耦合器进入光谱仪。本发明专利技术的上述技术能避免基于法拉第效应电流传感器的双折射问题和基于超磁致伸缩材料电流传感器磁滞迴线的问题，通过双锥形导磁回路能够使被测导线产生的磁场汇聚到传感头上，大大提高传感头处电流到磁场的转化效率及电流测量灵敏度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电流传感技术，尤其涉及一种基于导磁回路及磁流体的电流传感器。
技术介绍
根据实现途径不同，目前的光纤电流传感器主要分为两类：(1)基于法拉第效应的光纤电流传感器。这种传感器具有绝缘性好、测量范围大等优点，但存在光纤Verdet常数偏低和光纤双折射难以克服的问题。(2)基于超磁致伸缩材料(GMM)的光纤电流传感器。此类传感器难以克服GMM材料的固有磁滞非线性，而且传感头难以小型化。磁流体是应现代科学发展而产生的一种超顺磁特性液体功能材料，几乎无固体磁性物质所具有的磁滞现象，其折射率随外加磁场在一定范围内呈线性变化，且易于与光纤相结合。目前，存在将磁流体与光纤相结合的电流传感器技术，该技术可弥补基于法拉第效应和基于GMM材料的电流传感器的缺憾，如CN 201510423585.2披露了一种基于磁流体的电流传感器，然而，该基于磁流体的电流传感器的电流测量灵敏度仍然不高。
技术实现思路
在下文中给出了关于本专利技术的简要概述，以便提供关于本专利技术的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本专利技术的穷举性概述。它并不是意图确定本专利技术的关键或重要部分，也不是意图限定本专利技术的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。鉴于此，本专利技术提供了一种基于导磁回路及磁流体的电流传感器，以至少解决现有的基于磁流体的电流传感器的电流测量灵敏度不高的问题。根据本专利技术的一个方面，提供了一种基于导磁回路及磁流体的电流传感器，该基于导磁回路及磁流体的电流传感器包括导磁回路、传感头、光纤耦合器、
光谱仪以及宽谱光源；其中，导磁回路为矩形回路，导磁回路的一个边上开有狭缝，狭缝两侧的导磁体为两个相对的锥形，该两个锥形的顶端均为圆形；传感头置于两个锥形的顶端之间，且传感头的径向平行于两个锥形的顶端平面；宽谱光源发出的宽谱光经过光纤耦合器后进入传感头，经传感头反射的光信号通过光纤耦合器进入光谱仪。进一步地，传感头包括单模光纤部分、空芯光纤部分以及熊猫光纤部分；其中，单模光纤部分的一端与空芯光纤部分的一端相熔接，空芯光纤部分的另一端与熊猫光纤部分相熔接，空芯光纤部分内部为光纤微腔；熊猫光纤部分的侧面上开有一个孔，作为熊猫光纤部分的侧孔，侧孔仅与熊猫光纤部分的两个气孔之一相连通；熊猫光纤部分的暴露端面上的、与侧孔相连通的气孔被封闭；光纤微腔内填充有磁流体。进一步地，空芯光纤部分的长度为50μm－200μm，熊猫光纤部分的外径与单模光纤部分的外径均为125μm，熊猫光纤部分的包层内两个气孔直径为10μm-30μm，两个气孔中心间距为25μm-60μm，熊猫光纤部分的长度为10mm－20mm，侧孔距离熊猫光纤部分与空芯光纤部分的熔接点2mm－5mm。进一步地，两个锥形的顶端均为直径在30mm－50mm之间的圆形，两个锥形的顶端之间的距离在1mm-3mm之间。进一步地，宽谱光源的光谱范围为1300nm-1600nm。进一步地，导磁回路的截面尺寸为30mm＊30mm。本专利技术的基于导磁回路及磁流体的电流传感器，不仅能够避免基于法拉第效应电流传感器的双折射问题，同时能够解决基于超磁致伸缩材料电流传感器磁滞迴线的问题。此外，通过双锥形导磁回路，本专利技术的基于导磁回路及磁流体的电流传感器能够使得被测导线产生的磁场汇聚到传感头上，大大提高传感头处电流到磁场的转化效率及电流测量灵敏度。通过以下结合附图对本专利技术的最佳实施例的详细说明，本专利技术的这些以及其他优点将更加明显。附图说明本专利技术可以通过参考下文中结合附图所给出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。所述附图连同下面的详细说明一起包含在本说明书中并且形成本说明书的一部
分，而且用来进一步举例说明本专利技术的优选实施例和解释本专利技术的原理和优点。在附图中：图1是示出本专利技术的基于导磁回路及磁流体的电流传感器的一个示例的结构示意图；图2是示出图1所示的传感头的一种可能结构的示意图；图3是示出用于制作本专利技术的传感头的制作方法的一种示例性处理的流程图；图4是导磁回路及锥形区磁场分布示意图。本领域技术人员应当理解，附图中的元件仅仅是为了简单和清楚起见而示出的，而且不一定是按比例绘制的。例如，附图中某些元件的尺寸可能相对于其他元件放大了，以便有助于提高对本专利技术实施例的理解。具体实施方式在下文中将结合附图对本专利技术的示范性实施例进行描述。为了清楚和简明起见，在说明书中并未描述实际实施方式的所有特征。然而，应该了解，在开发任何这种实际实施例的过程中必须做出很多特定于实施方式的决定，以便实现开发人员的具体目标，例如，符合与系统及业务相关的那些限制条件，并且这些限制条件可能会随着实施方式的不同而有所改变。此外，还应该了解，虽然开发工作有可能是非常复杂和费时的，但对得益于本公开内容的本领域技术人员来说，这种开发工作仅仅是例行的任务。在此，还需要说明的一点是，为了避免因不必要的细节而模糊了本专利技术，在附图中仅仅示出了与根据本专利技术的方案密切相关的装置结构和/或处理步骤，而省略了与本专利技术关系不大的其他细节。本专利技术的实施例提供了一种基于导磁回路及磁流体的电流传感器，该基于导磁回路及磁流体的电流传感器包括导磁回路、传感头、光纤耦合器、光谱仪以及宽谱光源；其中，导磁回路为矩形回路，导磁回路的一个边上开有狭缝，狭缝两侧的导磁体为两个相对的锥形，该两个锥形的顶端均为圆形；传感头置于两个锥形的顶端之间，且传感头的径向平行于两个锥形的顶端平面；宽谱光源发出的宽谱光经过光纤耦合器后进入传感头，经传感头反射的光信号通过光纤耦合器进入光谱仪。下面结合图1来描述本专利技术的基于导磁回路及磁流体的电流传感器的一个
示例。如图1所示，本专利技术的基于导磁回路及磁流体的电流传感器100包括导磁回路1-1、传感头1-2、光纤耦合器1-3、光谱仪1-4以及宽谱光源1-5。导磁回路1-1为矩形回路，如图1所示，在导磁回路1-1的一个边上开有狭缝，该狭缝两侧的导磁体为两个相对的锥形，该两个锥形的顶端均为圆形。两个锥形的顶端例如均为直径在30mm－50mm之间的圆形，两个锥形的顶端之间的距离例如在1mm-3mm之间。导磁回路1-1的截面例如为30mm＊30mm的正方形截面。传感头1-2置于以上两个锥形的顶端之间，且传感头1-2的径向平行于两个锥形的顶端平面。宽谱光源1-5通过光纤连接光纤耦合器1-3，光纤耦合器1-3通过光纤连接传感头1-2，而光谱仪1-4也通过光纤连接光纤耦合器1-3。这样，宽谱光源1-5发出的宽谱光经过光纤耦合器1-3后进入传感头1-2，经传感头1-2反射的光信号通过光纤耦合器1-3进入光谱仪1-4。其中，宽谱光源1-5的光谱范围例如为1300nm-1600nm。相比于CN 201510423585.2中的电流传感器，本专利技术的基于导磁回路及磁流体的电流传感器能够通过锥形导磁回路，而使被测导线产生的磁场汇聚到传感头上，因此能够大大提高传感头处电流到磁场的转化效率以及电流测量灵敏度。而CN 201510423585.2中的电流传感器并未考虑到被测导线在传感头处产生磁场效率的问题，实际上，导线在传感头处产生的磁场的效率很低，导致该电流传感器的电流测量灵本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于导磁回路及磁流体的电流传感器，其特征在于，所述基于导磁回路及磁流体的电流传感器包括导磁回路、传感头、光纤耦合器、光谱仪以及宽谱光源；其中，所述导磁回路为矩形回路，所述导磁回路的一个边上开有狭缝，所述狭缝两侧的导磁体为两个相对的锥形，该两个锥形的顶端均为圆形；所述传感头置于所述两个锥形的顶端之间，且所述传感头的径向平行于所述两个锥形的顶端平面；所述宽谱光源发出的宽谱光经过所述光纤耦合器后进入所述传感头，经所述传感头反射的光信号通过所述光纤耦合器进入所述光谱仪。

【技术特征摘要】
1.基于导磁回路及磁流体的电流传感器，其特征在于，所述基于导磁回路及磁流体的电流传感器包括导磁回路、传感头、光纤耦合器、光谱仪以及宽谱光源；其中，所述导磁回路为矩形回路，所述导磁回路的一个边上开有狭缝，所述狭缝两侧的导磁体为两个相对的锥形，该两个锥形的顶端均为圆形；所述传感头置于所述两个锥形的顶端之间，且所述传感头的径向平行于所述两个锥形的顶端平面；所述宽谱光源发出的宽谱光经过所述光纤耦合器后进入所述传感头，经所述传感头反射的光信号通过所述光纤耦合器进入所述光谱仪。2.根据权利要求1所述的基于导磁回路及磁流体的电流传感器，其特征在于，所述传感头包括单模光纤部分、空芯光纤部分以及熊猫光纤部分；其中，所述单模光纤部分的一端与所述空芯光纤部分的一端相熔接，所述空芯光纤部分的另一端与所述熊猫光纤部分相熔接，所述空芯光纤部分内部为光纤微腔；所述熊猫光纤部分的侧面上开有一个孔，作为所述熊猫光纤部分的侧孔，所述侧孔仅与所述熊猫光纤部分的两个气孔之一相连通；所述熊猫光纤部分的暴露端面上的、与所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉强，葛伟，杨群，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23