磁场传感装置、加工方法和测试磁场的方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于测量设备领域，尤其涉及磁场传感装置、加工方法和测试磁场的方法。装置包括工型光纤、毛细玻璃管、磁流体、入射单模光纤和出射单模光纤；工型光纤封装于毛细玻璃管；磁流体填充于毛细玻璃管和工型光纤之间，密封毛细玻璃管的两端形成基础传感单元；入射单模光纤和出射单模光纤熔接在基础传感单元两端。通过入射单模光纤和出射单模光纤获取/输出光线，能增大装置的适用地点；通过工型光纤激发出高阶模并和基模发生耦合得到耦合光线；通过磁流体感知磁场并发生折射率变化；检测耦合光线因折射率变化产生的波长偏移量并计算得到磁场；能在不干扰被测量的目标的情况下测量磁场并且测量结果的准确率高。场并且测量结果的准确率高。场并且测量结果的准确率高。

【技术实现步骤摘要】
磁场传感装置、加工方法和测试磁场的方法


[0001]本专利技术属于测量设备领域，尤其涉及一种磁场传感装置、加工方法和测试磁场的方法。

技术介绍

[0002]电力变压器作为电网输配电的核心设备，其安全可靠运行将直接影响到电力系统电能的正常供应。电力变压器的故障将导致大面积停电事故，有可能造成巨大的经济损失和社会影响。变压器的维修因受现场条件的制约极其不易开展，代价高，耗时长，因此变压器在线状态监测及早期的故障诊断极其必要。对变压器精确的“诊脉”有助于控制故障的影响范围，且有助于针对故障做出最有效的检修方案。统计表明变压器故障多数为绕组变形故障，因此对绕组变形的在线监测是保障变压器可靠运行的有效手段之一。
[0003]引起变压器绕组变形的原因是短路冲击电流产生的极大电磁力将会引起绕组辐向、轴向尺寸变化；绕组鼓包、扭曲、倾斜塌陷等变形。国内外使用比较普遍的变压器绕组变形无损检测方法主要有：短路阻抗法、低压脉冲法、电容量变化法、频率响应法等，这些方法都是离线检测的方式，不能实现对变压器绕组状态的实时监测。而且现有研究表明，变压器绕组变形可以通过其内部漏磁通的变化反映。
[0004]传统的磁场传感器通常将磁场信号转化为电信号进行传感，存在体积大、抗电磁干扰能力差等问题。需要寻找其他的磁场检测方式。

技术实现思路

[0005]为了解决或者改善上述问题，本专利技术提供了一种磁场传感装置的加工方法，具体技术方案如下：本专利技术提供一种磁场传感装置，包括：工型光纤、毛细玻璃管、磁流体、入射单模光纤和出射单模光纤；所述工型光纤封装于所述毛细玻璃管；所述磁流体填充于所述毛细玻璃管和所述工型光纤之间，密封所述毛细玻璃管的两端，形成基础传感单元；所述入射单模光纤和所述出射单模光纤分别熔接在所述基础传感单元的两端。
[0006]优选的，基于化学腐蚀法腐蚀单模光纤两侧的光纤包层形成所述工型光纤；对应的，所述工型光纤被腐蚀区域的腐蚀深度不小于40μm，腐蚀长度为5mm。
[0007]优选的，所述被腐蚀区域与未腐蚀区域的过渡区域的倾角小于90
°
。
[0008]优选的，所述磁流体为EMG507水基磁流体，磁粉粒子的直径为10nm。
[0009]优选的，所述入射单模光纤用于连接ASE宽带光源；所述出射单模光纤用于连接光谱仪。
[0010]优选的，所述ASE宽带光源输出波长范围为1528
‑
1605nm范围的宽带光。
[0011]本专利技术提供一种磁场传感装置的加工方法，包括：基于化学腐蚀法腐蚀单模光纤两侧的光纤包层得到工型光纤，封装所述工型光纤于毛细玻璃管中；
型结构。然后将腐蚀后的光纤封装在毛细玻璃管中，毛细玻璃管内用磁流体材料进行填充，两端用紫外胶进行固化密封。最后将密封好的传感结构两端用熔接机连接单模光纤，分别为入射单模光纤和出射单模光纤。
[0023]磁流体具有磁场折射率可调谐特性。磁流体包覆的“工”型光纤在检测磁场时，磁流体中磁粉粒子在磁场的作用下，会受到磁力的作用产生定向排布，使“工”型光纤周围的折射率改变。在不同大小的磁场作用下，磁流体的折射率发生改变。光通过“工”型光纤时，其倏逝场强度大小发生改变，使干涉光谱光强大小发生改变，通过检测光谱仪上波长偏移量的大小来监测磁场的变化，根据已有的实验数据，可以计算得到磁场的值。
[0024]基于化学腐蚀法腐蚀单模光纤两侧的光纤包层形成所述工型光纤；对应的，所述工型光纤被腐蚀区域6的腐蚀深度不小于40μm，腐蚀长度为5mm。
[0025]“工”型光纤具有大的倏逝场，能够作为光纤传感器感知周围环境的变化，能够得到了广泛的应用。本实施例中采用包层直径为125微米的单模光纤，“工”型光纤两侧腐蚀区域的高度为40微米，腐蚀区域越深，灵敏度越高。
[0026]目前制备“工”型光纤的工艺方法主要有化学腐蚀法、激光刻蚀法、侧边研磨法等。激光刻蚀在现阶段成本较高；侧边研磨法对光线的传播有一定影响，可能会导致测量效果，综合考虑，选择化学腐蚀法，成本低和成型效果好。
[0027]所述被腐蚀区域与未腐蚀区域的过渡区域的倾角小于90
°
。
[0028]光由单模光纤传播至“工”型光纤区域时，两者的过渡区域倾角接近90
°
。由于直径突变迅速，光经过该结构时会发生模式干涉和耦合过程，产生干涉光谱，对其周围环境折射率的改变非常灵敏，因此本传感装置具有非常高的精度和灵敏度。
[0029]所述磁流体为EMG507水基磁流体，磁粉粒子的直径为10nm。
[0030]该磁流体既具有固体的磁性，又具有液体的流动性。其中的磁粉粒子为四氧化三铁，磁粉粒子大小为10nm，在自然状态下，磁粉粒子不发生粒子聚集现象均匀分布在载液中。水基磁流体兼有固体的磁性和液体材料的流动性，相较于油基磁流体，外界磁场发生变化时，水基磁流体的环境折射率灵敏度更高。
[0031]所述入射单模光纤用于连接ASE宽带光源；所述出射单模光纤用于连接光谱仪。
[0032]所述ASE宽带光源输出波长范围为1528
‑
1605nm范围的宽带光。
[0033]实验中使用的宽带光源为ASE（放大自发辐射光源）宽带光源,它可以发出波长范围为1528
‑
1605nm范围的宽带光。当发射出的宽带光传输到“工”字型结构时，由于光纤直径突变，光传输过程中会被激发出高阶模，包层中的高阶模和纤芯中的基模沿着纤芯同时向前传输，由于高阶模式和基模之间存在光程差，两者在传输过程中会发生干涉，并且在下一个直径突变区域，高阶模会耦合回基模，之后一起通过出射单模光纤进入光谱仪中，最后可以在光谱仪上观察到周期性的光强分布。
[0034]本专利技术提出的“工”型光纤浸没在充满磁流体的毛细玻璃管中，而磁流体在磁场作用下具有可调谐特性。当外界磁场发生变化时，磁流体的折射率会随之改变，此时通过光谱仪上波峰和波谷的偏移量的大小可以实现对磁场的测量。
[0035]本专利技术提供如图2一种磁场传感装置的加工方法，包括：S1、基于化学腐蚀法腐蚀单模光纤两侧的光纤包层得到工型光纤，封装所述工型光纤于毛细玻璃管中；S2、基于磁流体材料填充所述毛细玻璃管，使用紫外胶固化密封所述
毛细玻璃管的两端，得到基础传感单元；S3、在所述基础传感单元的两端分别熔接入射单模光纤和出射单模光纤，得到磁场传感装置。
[0036]具体的磁场传感装置的加工流程：首先，使用氢氟酸将单模光纤（康宁SMF
‑
28）通过化学腐蚀法腐蚀两侧的光纤包层，形成“工”型结构。然后将腐蚀后的光纤封装在毛细玻璃管中，毛细玻璃管内用磁流体（EMG507）材料进行填充，两端用紫外胶进行固化密封。最后将密封好的传感结构两端用熔接机连接单模光纤，分别为入射单模光纤和出射单模光纤。
[0037]将“工”字型结构直接设于毛细玻璃管中，利用微量进样器将磁流体导入毛细管中，有效地节约了成本。
[0038本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁场传感装置，其特征在于，包括：工型光纤、毛细玻璃管、磁流体、入射单模光纤和出射单模光纤；所述工型光纤封装于所述毛细玻璃管；所述磁流体填充于所述毛细玻璃管和所述工型光纤之间，密封所述毛细玻璃管的两端，形成基础传感单元；所述入射单模光纤和所述出射单模光纤分别熔接在所述基础传感单元的两端。2.根据权利要求1所述磁场传感装置，其特征在于，基于化学腐蚀法腐蚀单模光纤两侧的光纤包层形成所述工型光纤；对应的，所述工型光纤被腐蚀区域的腐蚀深度不小于40μm，腐蚀长度为5mm。3.根据权利要求3所述磁场传感装置，其特征在于，所述被腐蚀区域与未腐蚀区域的过渡区域的倾角小于90
°
。4.根据权利要求3所述磁场传感装置，其特征在于，所述磁流体为EMG507水基磁流体，磁粉粒子的直径为10nm。5.根据权利要求4所述磁场传感装置，其特征在于，所述入射单模光纤用于连接ASE宽带光源；所述出射单模光纤用于连接光谱仪。6.根据权利要求5所述磁场传感装置，其特征在于，所述ASE宽带光源输出波长范围为15...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈梁远，黎大健，周柯，赵坚，张磊，王晓明，余长厅，李锐，马源，饶夏锦，潘绍明，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：