專利名稱：熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于物理技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及一種測量磁變量的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器。
目前電磁場的光學(xué)測量多應(yīng)用以下一些傳感器，如1、Faraday Effect傳感器(G.W.Day et al.，SPIE Vol.985Feber Optics&Laser Sensors VI，138(1983)；2、磁致伸縮效應(yīng)傳感器(Thomas G.Giallorenziet al.，IEEE Journal of Quantum Electionics，Vol.QE—18，NO4，April1982，P.626.)3、光泵(Optical pump)(《地球物理學(xué)》，科學(xué)出版社)。其中第1、3兩種都必須用偏振光，由于保偏光纖對環(huán)境敏感，野外使用時信噪比低，不實用；第2種通過測量光的相位變化來測磁場，也易受環(huán)境干擾。
本發(fā)明的目的在于提供一種不需偏振光，光纖和光纖陣列傳遞的是能量和能量變化，信噪比高的，可用于高電壓大電流和磁場測量儀的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器。
本發(fā)明包括磁場和電流信號感受部分、處理與顯示電路以及計算機(jī)，磁場和電流信號感受部分中激光器與磁流體薄片之間分設(shè)兩只聚焦用透鏡，兩只透鏡之間設(shè)有光連接用光纖，遠(yuǎn)場透鏡置于磁流體薄片與光纖陣列之間，光電二極管陣列與隔離電阻陣列串連后連接時分選通門和光纖陣列，時分選通門的輸出端接處理與顯示電路，處理與顯示電路和光纖溫度計與計算機(jī)相連接。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的實施例中激光器1采用激光二極管(DH—1)，它置于自聚焦透鏡2的前方，激光二極管1發(fā)出的激光經(jīng)透鏡2聚焦進(jìn)入光纖3，自聚焦透鏡4置于光纖3與磁流體薄片5之間，自聚焦透鏡4將經(jīng)光纖3傳輸來的激光聚焦到磁流體薄片5中。遠(yuǎn)場透鏡6置于磁流體薄片5與光纖陣列7之間，遠(yuǎn)場透鏡6將磁流體薄片5中載有磁場強(qiáng)度H信息的衍射光環(huán)投影到光纖陣列7端面。光電二極管陣列8中的光電二極管為光敏管陣列(100PC、十只并聯(lián))，光電二極管陣列8與隔離電阻陣列9對接后將光纖陣列7與時分選通門10相連接，信號數(shù)字處理與顯示電路11與時分選通門10相連，并將處理結(jié)果饋送給計算機(jī)12，光纖溫度計13與磁流體薄片5裝配在一起，測量的溫度數(shù)據(jù)饋送入計算機(jī)12作磁流體薄片的溫度系數(shù)補償之用。
本發(fā)明磁流體薄片5為20～100um的磁流體封裝于透明層之中。傳感器的溫度效應(yīng)采用光纖溫度計實時測量溫度進(jìn)行計算機(jī)補償。本發(fā)明用于測量電流I時，效應(yīng)與I2成正比，與離電流的距離r成反比，因此可以通過增大r來增大電流量程。
本發(fā)明制作的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器，其磁場分辨率為0.2G(高斯)，測量范圍為0至15G，響應(yīng)時間快于1ms；用來測電流時，當(dāng)距電流為2cm時，分辨率為2A，測量范圍為0至150A，將這種傳感器陣列距電流按一定距離安排，測量范圍可擴(kuò)大到0至2×108A。
本發(fā)明采用了磁流體熱透鏡耦合光磁效應(yīng)，它令聚焦激光束通過吸收磁流體時，在其中產(chǎn)生徑向(r向)溫度梯度，于是沿軸向(Z向)產(chǎn)生透鏡效應(yīng)，形成衍射光環(huán)。由于溫度梯度場中超順磁體微粒在磁場中取向按布里淵函數(shù)受到溫度制約，從而造成磁致折射率差異，由此差異所產(chǎn)生的折射率分布迭加在由熱透鏡效應(yīng)形成的折射率分布上，使衍射光環(huán)半徑隨磁場變化而變化。在低場區(qū)域(0—15GS)內(nèi)，光環(huán)半徑R正于磁場平方H2。
本發(fā)明根據(jù)新穎的磁流體熱透鏡耦合光磁效應(yīng)研制的磁場(電流)磁流體光學(xué)傳感器，在技術(shù)上具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，溫漂確定，靈敏度較高，壽命長等優(yōu)點，而且還具有不需要偏振光而避免光纖雙折射干擾的特點。
權(quán)利要求
1.熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器，它包括磁場和電流信號感受部分、處理與顯示電路以及計算機(jī)，其特征在于所述的磁場和電流信號感受部分中的激光器(1)與磁流體薄片(5)之間分設(shè)兩只聚焦用透鏡(2)、(4)，兩只透鏡(2)、(4)之間設(shè)有光連接用光纖(3)，遠(yuǎn)場透鏡(6)置于磁流體薄片(5)與光纖陣列(7)之間，光電二極管陣列(8)與隔離電阻陣列(9)串連后連接時分選通門(10)和光纖陣列(7)，時分選通門(10)的輸出端接處理與顯示電路(11)，處理與顯示電路(11)和光纖溫度計(13)與計算機(jī)(12)相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器，其特征在于所述的磁流體薄片(5)為20～100um的磁流體封裝于透明層之中。
3.如權(quán)利要求1所述的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器，其特征在于傳感器的溫度效應(yīng)采用光纖溫度計實時測量溫度進(jìn)行計算機(jī)補償。
4.如權(quán)利要求1所述的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器，其特征在于用來測量電流I時，效應(yīng)與I2成正比，與離電流的距離r成反比，增大r可增大電流量程。
全文摘要
本發(fā)明公開一種物理技術(shù)領(lǐng)域的測量變量的熱光耦合光磁效應(yīng)磁場電流傳感器。激光器與磁流體薄片之間分設(shè)兩只以光纖連接的透鏡，遠(yuǎn)場透鏡置于磁流體薄片與光纖陣列之間，光電二極管陣列與隔離電阻陣列串連后接時分選通門和光纖陣列，時分選通門的輸出端接處理與顯示電路，處理與顯示電路和光纖溫度計與計算機(jī)相連。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高，不需要偏振光的優(yōu)點。
文檔編號G01R15/24GK1115030SQ9510644
公開日1996年1月17日 申請日期1995年7月1日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月1日
發(fā)明者袁綏華 申請人:西安交通大學(xué)