CN103713180A

CN103713180A - 一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈及制造方法

Info

Publication number: CN103713180A
Application number: CN201310738815.5A
Authority: CN
Inventors: 王巍; 王学锋; 李俊一; 冯巧玲
Original assignee: Beijing Aerospace Times Optical Electronic Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Aerospace Times Optical Electronic Technology Co Ltd
Priority date: 2013-12-26
Filing date: 2013-12-26
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2033-12-26
Also published as: CN103713180B

Abstract

本发明公开了一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈及制造方法，包括由保偏光纤、λ/4波片、敏感光纤和反射镜组成的光路主体、光纤保护套、毛细管、加强塑料基体、内护套和外护套。本发明采用的敏感光纤未经过高温退火处理，可保持显著的可弯曲状态，使得敏感线圈在相当大的程度上更加易于绕制成各种形状，并且易于拆装，保证了较高的电流测量精度，敏感线圈具有抗拉强度高、防水性能好、柔软度较好、可反复弯曲拆装、形状可适应外部条件、室内外均可使用等特点，并且易于输送和节省空间。

Description

一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈及制造方法

技术领域

本发明涉及一种光纤电流传感器敏感线圈及制造方法，特别涉及一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈及制造方法，属于敏感器设计技术领域。

背景技术

光纤电流传感器是一种基于法拉第磁光效应的光电传感器，由于其具有对高压绝缘、高安全性和可靠性、维护费用低等优势，因而具有很好的市场前景，特别是反射式光纤电流传感器，由于其具有较好的互易性，因此性能更优。在反射式光纤电流传感器中，敏感线圈内传输的左旋和右旋圆偏振光感应待测电流产生的磁场后会产生不同的相位变化，继而通过解调左旋和右旋圆偏振光波间的相位差得到待测电流的大小。为了保证电流测量的精度，需要开发高质量的敏感线圈。

2005年召开的第17次“Conference on Optical Fiber Sensors”中发表的文章“Fiber-optic dc current sensor for the electro-winningindustry”公开了一种敏感线圈的制备方法，该方法将敏感光纤6固定在毛细管12内，并通过环氧环带13对毛细管进行固定，其截面如图1所示。该种方法所述的敏感线圈需要通过退火进行光纤去应力处理，退火需要很长的时间，并且会造成光纤变脆，从而使后续的熔接等处理变得艰难。

2008年公开号为CN101408559A的专利“一种反射式光纤电流传感器的敏感线圈的制备方法”公开了一种敏感线圈的制备方法，该方法在环形金属骨架上1加工阿基米德螺旋线形状的沟槽2，将敏感光纤6绕制在沟槽内，利用光纤膏进行填充固定，其截面如图2所示。该种方法采用金属骨架作为敏感光纤的载体，集成于高压设备中，具有一体化安装特点，需要在断开电流导体的情况下进行安装。这种敏感线圈不具有可变形状，只能具有固定的、预定的形状，且当敏感线圈直径较大时，不利于运输和安装。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈及制造方法，该线圈可自由绕制，易于拆装，稳定性好，能够保证电流测量精度。

本发明的技术解决方案是：一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，包括由保偏光纤、λ/4波片、敏感光纤和反射镜组成的光路主体、光纤保护套、毛细管、加强塑料基体、内护套和外护套，其中保偏光纤采用光纤保护套进行保护，敏感光纤外套有毛细管，毛细管内填充润滑剂，且毛细管两端端口通过胶体进行密封，敏感光纤两端分别连接λ/4波片的一端和反射镜，λ/4波片的另一端连接保偏光纤，光路主体通过粘合剂固定在加强塑料基体内，加强塑料基体外采用内护套紧密保护，内护套外采用外护套紧密保护，外护套为扁环形，在外护套（13）两端的外表面分别设有互相垂直的“L”形标记。

敏感光纤采用未经过高温退火处理的光纤。

毛细管采用聚四氟乙烯、聚四氟乙丙烯或PVC材料制成。

润滑剂采用硅油或粉末。

胶体采用紫外固化胶或硅橡胶。

光纤保护套采用硅胶材料。

粘合剂采用硅树脂。

加强塑料基体采用聚乙烯纤维、玻璃纤维或芳纶纤维增强塑料带。

内护套采用中密度聚乙烯材料制成。

外护套采用聚酰胺纤维制成，厚度为0.4～0.44mm。

一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈制造方法，具体的制造方法如下：

（1）采用聚乙烯纤维、玻璃纤维或芳纶纤维拉制出一条带有凹槽结构的加强塑料基体，选用线双折射率小于10^-6的光纤作为敏感光纤，选用线双折射率大于10^-5的光纤作为保偏光纤；

（2）将敏感光纤套入直径小于反射镜横截面宽度的毛细管，然后利用保偏光纤熔接机将敏感光纤的一端与保偏光纤通过λ/4波片连接，敏感光纤（8）的另一端与反射镜（9）相连，用粘合剂将λ/4波片固定在加强塑料基体的一端；

（3）将加强塑料基体垂直悬挂，使敏感光纤自然悬垂一段时间后，用粘合剂将反射镜固定在加强塑料基体的另一端；

（4）利用注射器将润滑剂注入到毛细管中，使润滑剂自动下流直到填满整个毛细管内腔；

（5）将加强塑料基体水平放置，用胶体将毛细管的端口密封，并将整个光路主体用粘合剂固定在加强塑料基体中；

（6）最后将内护套和外护套通过护套挤出机紧密挤塑在加强塑料基体上形成可自由绕制的敏感线圈，并在敏感线圈两端相应位置上印上相互垂直的“L”标记。

本发明与现有技术相比的优点在于：

（1）本发明采用的敏感光纤未经过高温退火处理，可保持显著的可弯曲状态，使得敏感线圈在相当大的程度上更加易于绕制成各种形状，并且易于拆装。

（2）采用的敏感光纤通过悬垂一段时间去除了扭转力，并通过一种粘合剂固定于加强塑料基体内，使得在绕制敏感线圈时敏感光纤只受到弯曲应力，而不会受到扭转应力，保证了较高的电流测量精度。

（3）敏感线圈在无需断开电流导体的情况下，可直接将其根据外护套外表面上互相垂直的“L”形标记闭合地绕在导体周围且配有一橡胶套件用于固定闭合线圈，能够保证理想的电流测量精度。

（4）敏感线圈具有抗拉强度高、防水性能好、柔软度较好、可反复弯曲拆装、形状可适应外部条件、室内外均可使用等特点，并且易于输送和节省空间。

附图说明

图1为现有采用毛细管保护光纤制作敏感线圈的截面示意图；

图2为现有采用金属骨架作为载体制作敏感线圈的结构示意图；

图3为本发明敏感线圈的纵截面示意图；

图4为本发明敏感线圈的横截面示意图；

图5为本发明敏感线圈的结构示意图；

图6为本发明用于固定敏感线圈的橡胶套件示意图。

具体实施方式

如图3、4所示，本发明光纤电流传感器敏感线圈包括由保偏光纤3、λ/4波片4、敏感光纤8和反射镜9组成的光路主体、光纤保护套2、毛细管6、加强塑料基体11、内护套12和外护套13，其中保偏光纤3采用光纤保护套2进行保护，敏感光纤8外套有毛细管6，毛细管6内填充润滑剂7，且毛细管6两端端口通过胶体5进行密封，敏感光纤8两端分别连接λ/4波片4的一端和反射镜9，λ/4波片4的另一端连接保偏光纤3，光路主体通过粘合剂10固定在加强塑料基体11内，加强塑料基体11外采用内护套12紧密保护，内护套12外采用外护套13紧密保护，外护套13为扁环形，在外护套13两端的外表面分别设有互相垂直的“L”形标记14、15。

敏感光纤8是未经过高温退火处理的光纤，可保持显著的可弯曲状态，使得敏感线圈在相当大的程度上更加易于绕制成各种形状，并且易于拆装。敏感光纤8是经过垂悬一段时间的光纤，以去除扭转力。敏感光纤8置于毛细管6中且两者之间充有润滑剂7。毛细管6可以采用聚四氟乙烯、聚四氟乙丙烯或PVC材料制成，可为敏感光纤8提供机械保护。润滑剂7可以是油或者是粉末，例如硅油，可使敏感光纤与毛细管之间的摩擦力最小化。毛细管6的端口采用胶体5进行密封，胶体5采用紫外固化胶或硅橡胶。保偏光纤3由一种光纤保护套2进行保护，光纤保护套可以采用硅胶材料。光路主体通过粘合剂10固定于加强塑料基体11内，使得敏感光纤8只受弯曲应力影响，不受扭转应力影响，该粘合剂10可以是一种硅树脂。光路主体固定于加强塑料基体内，固定方式可以采用间隔固定。加强塑料基体11可以采用超高模量聚乙烯纤维或玻璃纤维或芳纶纤维增强塑料带。内护套12采用中密度聚乙烯材料制成。外护套13采用聚酰胺纤维制成，厚度为0.4～0.44mm。外护套13外表面设有互相垂直的“L”形标记，用于敏感线圈绕制时形成闭合环路。敏感线圈在两个方向上均可弯曲，且至少0.1m的曲率半径。敏感线圈配有一橡胶套件用于固定闭合线圈。

（1）采用聚乙烯纤维、玻璃纤维或芳纶纤维拉制出一条带有凹槽结构的加强塑料基体11，选用线双折射率小于10^-6的光纤作为敏感光纤8，选用线双折射率大于10^-5的光纤作为保偏光纤3；

（2）将敏感光纤8套入直径小于反射镜9横截面宽度的毛细管6，然后利用保偏光纤熔接机将敏感光纤8的一端与保偏光纤3通过λ/4波片4连接，敏感光纤（8）的另一端与反射镜（9）相连，用粘合剂10将λ/4波片4固定在加强塑料基体11的一端；

（3）将加强塑料基体11垂直悬挂，使敏感光纤8自然悬垂一段时间后，用粘合剂10将反射镜9固定在加强塑料基体11的另一端；

（4）利用注射器将润滑剂7注入到毛细管6中，使润滑剂7自动下流直到填满整个毛细管6内腔；

（5）将加强塑料基体11水平放置，用胶体5将毛细管6的端口密封，并将整个光路主体用粘合剂10固定在加强塑料基体11中；

（6）最后将内护套12和外护套13通过护套挤出机紧密挤塑在加强塑料基体11上形成如图5所示的可自由绕制的敏感线圈，并在敏感线圈两端相应位置上印上相互垂直的“L”标记14、15，以便绕制时形成闭合环路，同时配有如图6所示的橡胶套件16固定闭合线圈。

本发明说明书中未详细描述的内容属于本领域技术人员公知技术。

Claims

1.一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征是：包括由保偏光纤（3）、λ/4波片（4）、敏感光纤（8）和反射镜（9）组成的光路主体、光纤保护套（2）、毛细管（6）、加强塑料基体（11）、内护套（12）和外护套（13），其中保偏光纤（3）采用光纤保护套（2）进行保护，敏感光纤（8）外套有毛细管（6），毛细管（6）内填充润滑剂（7），毛细管（6）两端端口通过胶体（5）进行密封，敏感光纤（8）两端分别连接λ/4波片（4）的一端和反射镜（9），λ/4波片（4）的另一端连接保偏光纤（3），光路主体通过粘合剂（10）固定在加强塑料基体（11）内，加强塑料基体（11）外采用内护套（12）紧密保护，内护套（12）外采用外护套（13）紧密保护，外护套（13）为扁环形，在外护套（13）两端的外表面分别设有互相垂直的“L”形标记（14）、（15）。

2.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述敏感光纤（8）采用未经过高温退火处理的光纤。

3.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述毛细管（6）采用聚四氟乙烯、聚四氟乙丙烯或PVC材料制成。

4.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述润滑剂（7）采用硅油或粉末；所述胶体（5）采用紫外固化胶或硅橡胶；所述粘合剂（10）采用硅树脂。

5.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述光纤保护套（2）采用硅胶材料。

6.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述加强塑料基体（11）采用聚乙烯纤维、玻璃纤维或芳纶纤维增强塑料带。

7.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述内护套（12）采用中密度聚乙烯材料制成。

8.根据权利要求1所述的一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈，其特征在于：所述外护套（13）采用聚酰胺纤维制成，厚度为0.4～0.44mm。

9.一种可自由绕制的光纤电流传感器敏感线圈制造方法，其特征在于：步骤如下：

（1）采用聚乙烯纤维、玻璃纤维或芳纶纤维拉制出一条带有凹槽结构的加强塑料基体（11），选用线双折射率小于10-6的光纤作为敏感光纤（8），选用线双折射率大于10-5的光纤作为保偏光纤（3）；

（2）将敏感光纤（8）套入直径小于反射镜（9）横截面宽度的毛细管（6），然后利用保偏光纤熔接机将敏感光纤（8）的一端与保偏光纤（3）通过λ/4波片（4）连接，敏感光纤（8）的另一端与反射镜（9）相连，用粘合剂（10）将λ/4波片（4）固定在加强塑料基体（11）的一端；

（3）将加强塑料基体（11）垂直悬挂，使敏感光纤（8）自然悬垂一段时间后，用粘合剂（10）将反射镜（9）固定在加强塑料基体（11）的另一端；

（4）利用注射器将润滑剂（7）注入到毛细管（6）中，使润滑剂（7）自动下流直到填满整个毛细管（6）内腔；

（5）将加强塑料基体（11）水平放置，用胶体（5）将毛细管（6）的端口密封，并将整个光路主体用粘合剂（10）固定在加强塑料基体（11）中；

（6）最后将内护套（12）和外护套（13）通过护套挤出机紧密挤塑在加强塑料基体（11）上形成可自由绕制的敏感线圈，并在敏感线圈两端相应位置上印上相互垂直的“L”标记（14）、（15）。