專利名稱：金屬化封裝的磁光傳感器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種金屬化封裝的磁光傳感器。
背景技術：
磁光傳感器是一種基于法拉第磁光效應的新型磁場傳感器，它的基本工作 原理是 一束線偏振光通過置于磁場中的磁光玻璃后，線偏振光的方位角發生 偏轉，方位角偏轉的大小與沿光程方向的磁場分量的積分成正比。由此通過測 量線偏振光的偏轉角，可以計算出某一區域在某一方向的平均磁場強度的大 小；當光程較短時，則可以反映出某一點在某一方向的磁場強度大小。如果配 合磁場收集裝置，則磁場收集裝置的輸出值能夠反映出建立起磁場的導體的通 電電流的大小。
磁光傳感器以其抗干擾能力強、體積小、重量輕、頻帶和動態范圍寬等優 點，成為極具競爭力的新型磁場傳感器。但長期以來，磁光傳感器由于測量準 確度低、性能穩定性差和使用壽命短而未能得到廣泛的應用，其主要原因在于: 由溫度引起的應力線性雙折射影響了磁光傳感器的測量準確度；光路中粘接各 光學元件的光學膠由于受到溫度等環境因素的影響產生形變而導致磁光傳感 器的性能穩定性差；光學膠的變性脫落導致其使用壽命縮短。
實用新型內容
本實用新型的目的是為了解決現有磁光傳感器測量準確度低、性能穩定性 差和使用壽命短的問題，提出了一種金屬化封裝的磁光傳感器。
本實用新型包括第一光纖準直器、偏振棱鏡、圓柱體光學傳感玻璃、偏振 分束棱鏡、第二光纖準直器、金屬封裝筒、緩沖層和兩個金屬架，金屬封裝筒 內一端具有第一方形槽并與偏振棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內另一端具有第 二方形槽并與偏振分束棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內兩個方形槽之間為圓形 通孔并與圓柱體光學傳感玻璃相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封裝筒具 有相重合的中心線，兩個方形槽之間具有繞中心線相對45度的轉角，圓柱體光學傳感玻璃的外表面與金屬封裝筒的內壁之間設有緩沖層，金屬封裝筒的兩 端分別與一個金屬架相焊接，金屬架與金屬封裝筒的橫截面的外輪廓大小相 等，金屬架具有中心通孔，第一光纖準直器和第二光纖準直器分別與一個金屬 架的中心通孔相匹配并相互焊接固定。 本實用新型的優點是
本實用新型中金屬封裝筒的封裝使得對于內部的圓柱體光學傳感玻璃而 言，各個方向的熱常數相同，同時圓柱體光學傳感玻璃的各部分相對于中軸線 為對稱結構，當外圍溫度一致時，能保證各處的熱交換均衡而使各個方向的應 力一致并使應力降至最低，從而由于應力不一致導致的應力雙折射降至最低， 使測量的準確度提高到0.2級；本實用新型中傳播光路上的元器件采用金屬封 裝筒的內部結構進行固定，無膠粘接，使得傳播光路的光損失減小，并且避免 了采用光學膠粘接所造成的受溫度等環境因素的影響產生的形變，使磁光傳感 器長期運行穩定性好；金屬封裝筒、金屬架和光纖準直器相互之間采用焊接方 式連接為整體，與使用光學膠粘接的方式相比，由于光學膠受環境因素影響易 脫落，本實用新型磁光傳感器的使用壽命延長。
圖1是本實用新型的整體結構示意圖，圖2是橫截面的外輪廓為圓形的金 屬封裝筒的左視圖，圖3是橫截面的外輪廓為圓形的金屬架的左視圖，圖4 是橫截面的外輪廓為正方形的的金屬封裝筒左視圖，圖5是橫截面的外輪廓為 正方形的金屬架的左視圖，圖6本實用新型的原理圖。
具體實施方式
具體實施方式
一下面結合圖1和圖6說明本實施方式，本實施方式包括
第一光纖準直器l、偏振棱鏡2、圓柱體光學傳感玻璃3、偏振分束棱鏡4、第 二光纖準直器5、金屬封裝筒6、緩沖層7和兩個金屬架8，金屬封裝筒6內 一端具有第一方形槽并與偏振棱鏡2外形相匹配，金屬封裝筒6內另一端具有 第二方形槽并與偏振分束棱鏡4外形相匹配，金屬封裝筒6內兩個方形槽之間 為圓形通孔并與圓柱體光學傳感玻璃3相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬 封裝筒6具有相重合的中心線，兩個方形槽之間具有繞中心線相對45度的轉角，圓柱體光學傳感玻璃3的外表面與金屬封裝筒6的內壁之間設有緩沖層7， 金屬封裝筒6的兩端分別與一個金屬架8相焊接，金屬架8與金屬封裝筒6 的橫截面的外輪廓大小相等，金屬架8具有中心通 L,第一光纖準直器l和第 二光纖準直器5分別與一個金屬架8的中心通孔相匹配并相互焊接固定。
金屬架8與金屬封裝筒6焊接成一體，使磁光傳感器實現了在傳播光路上 的無膠粘接，依靠金屬之間的焊接點連接，提高了磁光傳感器的可靠性、穩定 性和使用壽命；所述緩沖層7的作用是當環境溫度變化時，對由圓柱體光學傳 感玻璃3與金屬封裝筒6的膨脹系數不同而引起的尺寸的微小變化起到緩沖的 作用，以避免熱脹冷縮產生的破壞作用；光纖準直器通過其金屬外殼與金屬架 焊接固定，它的作用是對其傳輸的光束進行準直，使傳輸光最大效率的耦合進 入所需的器件中。
對金屬封裝筒6的加工首先在金屬塊上加工一圓形通孔，通孔的直徑略 大于圓柱體光學傳感玻璃3的直徑；在金屬塊的一端加工第一方形槽，槽的深 度和大小與偏振棱鏡2的尺寸相配合；將金屬塊繞中心線旋轉45度，以同樣
的方式在金屬塊的另一端加工第二方形槽，與偏*分束棱鏡4的尺寸相配合；
將圓柱體光學傳感玻璃3及緩沖層7放入金屬封裝筒6的圓形通孔部分，再將 偏振棱鏡2和偏振分束棱鏡4分別置于金屬封裝筒6內部兩端的兩個方形槽 中，并牢固粘接在槽中，由于金屬封裝筒6內的兩個方形槽之間加工成相對旋 轉45度角，于是偏振棱鏡2和偏振分束棱鏡4之間也具有繞中心線相對45 度的轉角，這樣對線偏振光的檢測能夠獲得最大的靈敏度。
工作過程 一束自然光通過第一光纖準直器1進入偏振棱鏡2轉變為一束 線偏振光，線偏振光通過置于磁場中的圓柱體光學傳感玻璃3后，線偏振光的 偏振面發生了偏轉，產生了法拉第旋轉角，發生偏.轉之后的線偏振光再通過偏 振分束棱鏡4進入第二光纖準直器5。
偏振棱鏡2與偏振分束棱鏡4具有同樣的透振方向，當二者繞中心線相對 旋轉45度，則其對光的透振方向產生了45度的夾角，當光線通過偏振棱鏡2 進入到圓柱體光學傳感玻璃3中，在磁場的作用下，光線的振動方向繞中心線 發生偏轉，發生偏轉之后的光線的振動方向與偏振棱鏡2的透振方向的夾角為
5法拉第旋轉角(P。對圓柱體光學傳感玻璃3輸出的線偏振光的檢測，只能通過 光強來反映法拉第旋轉角cp。根據馬呂斯定律，線偏振光通過偏振分束棱鏡4 后，其透射光強滿足 J。 = J; cos2 a ，
其中，J,是輸入線偏振光的光強，a是偏振棱鏡2與偏振分束棱鏡4之間 繞中心線相對的轉角，J。是通過偏振分束棱鏡4的光強，則通過圓柱體光學傳
感玻璃3和偏振分束棱鏡4的輸出光強為
2 1 J。 = Jf cos (a _ cp) = 5 J; (1 + cos2(a - cp))，
由此輸出光強對法拉第旋轉角的檢測靈敏度為-化 T' ，/ 、
~^ =入sm2(a — (p)， dcp
通常法拉第旋轉角比較小，為獲取最大的靈敏度，令a-土45。，貝U-J。 =*Ji(l±sin2cp)，
可見，對線偏振光的檢測采用一只與偏振棱鏡2繞中軸線相對旋轉45度 的偏振分束棱鏡4，將獲得最大的靈敏度。
圖6所示，線條A代表光軸，B所示箭頭代表磁場方向，cp為法拉第旋轉角。
具體實施方式
二本實施方式與實施方式一的不同之處在于它還包括第三 光纖準直器IO，所述金屬封裝筒6的側壁徑向具有定位孔9，定位孔9垂直于 第二方形槽的一個側面并與第二方形槽相通，定位孔9與第三光纖準直器10 相匹配并相互焊接固定。其它組成及連接關系與實施方式一相同。
利用激光焊接機將第一光纖準直器1和第二光纖準直器5的金屬外殼分別 焊接固定在一個金屬架8的中心通孔內，第三光纖準直器10的金屬外殼焊接 固定在定位孔9中；再將兩個金屬架8分別安裝在兩個光學微調架上，金屬封 裝筒6置于光學載物臺上并固定，調節光學微調架使整個磁光傳感器的光路系 統處于最優的工作狀態，并固定下來，將兩個金屬架8與金屬封裝筒6焊接成
6一體。
設置第三光纖準直器10，使發生偏轉之后的線偏振光通過偏振分束棱鏡4 后再進入第二光纖準直器5和第三光纖準直器10，可以測量產生磁場的電流 中的直流信息。
由于偏振分束棱鏡4與偏振棱鏡2繞中軸線的轉角方位分別互呈+ 45。和 -45°，即偏振分束棱鏡4的兩個輸出方向的輸出光強J。,和J。2表達式分別表示
為
J。i =|jj(l + sin2(p); J。2 —sin2(p);
當磁場中含有直流磁場信息，相應的法拉第旋轉角cp中也含有直流磁場分 量，取偏振分束棱鏡4的兩個輸出方向的輸出光強，可以通過下面的公式準確 計算出含有直流分量的法拉第旋轉角cp:
法拉第旋轉角cp—般很小，于是有 . sin 2cp = 2(p 。
具體實施方式
三本實施方式與實施方式一或二的不同之處在于所述金屬
封裝筒6的材質為純度大于99%的鋁。其它組成及連接關系與實施方式一或二相同。
具體實施方式
四本實施方式與實施方式一或二的不同之處在于所述金屬 封裝筒6的材質為不銹鋼。其它組成及連接關系與實施方式一或二相同。
具體實施方式
五下面結合圖2~圖5說明本實施方式，本實施方式與實
施方式一或二的不同之處在于所述金屬封裝筒6與金屬架8的橫截面的外輪廓
同時為圓形或正方形。其它組成及連接關系與實施方式一或二相同。
金屬封裝筒6采用中軸線對稱的空心圓柱體或中軸線近似對稱的空心長 方體結構，其目的在于對內部的圓柱體光學傳感玻璃3產生對稱的熱源，同時金屬封裝筒6由于是熱的良導體，即使外部溫度有差異，金屬封裝筒6的各部 分溫度仍然能夠很快保持一致。
具體實施方式
六下面結合圖2~圖5說明本實施方式，本實施方式與實 施方式三的不同之處在于所述金屬封裝筒6與金屬架8的橫截面的外輪廓同時 為圓形或正方形。其它組成及連接關系與實施方式三相同。
具體實施方式
七下面結合圖2 圖5說明本實施方式，本實施方式與實 施方式四的不同之處在于所述金屬封裝筒6與金屬架8的橫截面的外輪廓同時 為圓形或正方形。其它組成及連接關系與實施方式四相同。
本實用新型可以應用在基于法拉第磁光效應的磁光傳感器，也可以用于其 它塊狀結構的光無源器件。
權利要求1、一種金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于它包括第一光纖準直器(1)、偏振棱鏡(2)、圓柱體光學傳感玻璃(3)、偏振分束棱鏡(4)、第二光纖準直器(5)、金屬封裝筒(6)、緩沖層(7)和兩個金屬架(8)，金屬封裝筒(6)內一端具有第一方形槽并與偏振棱鏡(2)外形相匹配，金屬封裝筒(6)內另一端具有第二方形槽并與偏振分束棱鏡(4)外形相匹配，金屬封裝筒(6)內兩個方形槽之間為圓形通孔并與圓柱體光學傳感玻璃(3)相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封裝筒(6)具有相重合的中心線，兩個方形槽之間具有繞中心線相對45度的轉角，圓柱體光學傳感玻璃(3)的外表面與金屬封裝筒(6)的內壁之間設有緩沖層(7)，金屬封裝筒(6)的兩端分別與一個金屬架(8)相焊接，金屬架(8)與金屬封裝筒(6)的橫截面的外輪廓大小相等，金屬架(8)具有中心通孔，第一光纖準直器(1)和第二光纖準直器(5)分別與一個金屬架(8)的中心通孔相匹配并相互焊接固定。
2、 根據權利要求1所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于它還包 括第三光纖準直器(10)，所述金屬封裝筒(6)的側壁徑向具有定位孔(9)， 定位孔(9)垂直于第二方形槽的一個側面并與第二方形槽相通，定位孔(9) 與第三光纖準直器(10)相匹配并相互焊接固定。
3、 根據權利要求1或2所述的金屬化封裝的磁光傳感器，其特征在于所 述金屬封裝筒(6)與金屬架(8)的橫截面的外輪廓同時為圓形或正方形。
專利摘要金屬化封裝的磁光傳感器，涉及一種磁光傳感器。本實用新型是為了解決現有磁光傳感器測量準確度低、性能穩定性差和使用壽命短的問題。本實用新型金屬封裝筒內一端具有第一方形槽與偏振棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內另一端具有第二方形槽與偏振分束棱鏡外形相匹配，金屬封裝筒內兩個方形槽之間為圓形通孔與圓柱體光學傳感玻璃相匹配，兩個方形槽、圓形通孔與金屬封裝筒具有相重合的中心線，兩個方形槽具有繞中心線相對45度的轉角，圓柱體光學傳感玻璃與金屬封裝筒的內壁之間設有緩沖層，金屬封裝筒的兩端分別焊接在一個金屬架上，第一光纖準直器和第二光纖準直器分別與一個金屬架的中心孔相匹配并相互焊接固定。本實用新型作為一種磁光傳感器。
文檔編號G01R33/032GK201417303SQ20092010035
公開日2010年3月3日 申請日期2009年7月13日 優先權日2009年7月13日
發明者于文斌, 孫如京, 張國慶, 王貴忠, 巖 申, 路忠峰, 郭志忠 申請人:哈爾濱工業大學;北京許繼電力光學技術有限公司