CN104280589A - 一种基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，包括传感头上盖、传感头下盖及传感光纤，所述的传感光纤外穿有玻璃毛细管，传感光纤与玻璃毛细管之间的空隙注油填充，在传感头下盖内设有用于固定玻璃毛细管的凹槽。本发明通过采用高性能的圆双折射光纤，利用玻璃毛细管对传感光纤进行保护，并且盘绕固定玻璃毛细管的工艺方式实现传感光纤的多匝缠绕传感，避免了传统直接螺旋缠绕传感光纤引入的外界应力，也增强了传感头的抗震性能；且传感光纤采用穿管后注油处理后可靠性强，-40~70℃全温范围内的测量结果具有较好的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及一种全光纤电流互感器传感头，具体涉及一种基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头。
背景技术
随着电力系统电压等级不断提高，光纤电流互感器以其显著的优越性取代传统的电磁式电流互感器已成为必然趋势。但目前光纤电流互感器系统存在较多问题，其精度还达不到实际挂网的要求，尤其传感头的精度成为制约着全光纤电流互感器工程化普及的关键因素。
对不同入射线偏振面的线偏振光，传感头内传感光纤的线性双折射所引入的位相差是不同的，因而使系统灵敏度随入射线偏振光的偏振角而变，降低了系统可靠性。另外，线性双折射的大小对温度、压力等因素十分敏感，致使互感器灵敏度易受环境温度、压力、振动等因素变化的影响，降低了光纤电流互感器的稳定性。由于传感光纤的制造工艺水平有限，制备过程会引起内在线性双折射。同时，光纤的弯曲、微弯和外部非对称的横向压力等外部因素也会引起双折射。因此，抑制线性双折射的方法一直是光纤电流互感器的关键技术。
现有抑制线性双折射的方法除了优化传感光纤本身性能外，主要是通过引入大量的圆双折射以抵消线双折射。其中，主要的方案是沿光纤轴向扭转已制好的光纤，比如将单模光纤沿光纤轴扭转或者在石英骨架上螺旋缠绕光纤。但将单模光纤沿光纤轴扭转的方法存在圆双折射随时间退化的问题，且由于应力引入的圆双折射大小极易受温度的影响，致使这类光纤传感器的性能随环境温度变化而改变，从而在长期实验过程中性能不稳定；而在石英骨架上螺旋缠绕光纤的方法，是通过改变形状加入圆双折射，但是由于缠绕工艺的局限，传感光纤没有得到固定，容易随温度变化或时间推移而改变，试验重复性不好，而且抗震性能较差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种稳定性好、抗震性能强的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头。
针对上述问题，本发明采取的技术方案为：一种基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，包括传感头上盖、传感头下盖及传感光纤，所述的传感光纤外穿有玻璃毛细管，传感光纤与玻璃毛细管之间的空隙注油填充；在传感头下盖内设有用于固定玻璃毛细管的凹槽。
通过将传感光纤穿入玻璃毛细管避免了传统的直接螺旋缠绕传感光纤引入的外界应力，也增强了传感头的抗震性能。在穿管的过程中需做到不扭转传感光纤，避免引入应力引起的双折射。对玻璃毛细管进行注油处理，使传感光纤和玻璃毛细管之间充满油介质， 利用外套管和硅胶将玻璃毛细管和传感光纤空隙所注的油进行密封处理，避免了传感光纤在玻璃毛细管中不稳定，保证了长期可靠性，-40~70℃全温范围内的测量结果具有较好的稳定性 。为了提升现有全光纤电流互感器的工程化实用性能，再把内部带有传感光纤的玻璃毛细管盘绕在传感头下盖的凹槽内，盘绕的同时按照指定位置进行点胶固定处理。
传感光纤一端连接有光纤端面反射镜，另一端熔接在1/4波片一端，1/4波片另一端接有保偏光缆。光纤端面反射镜，使得光反射后原路返回，1/4波片使线偏振光转化为圆偏振光，1/4波片的另一端接有保偏光缆，保持光的偏振性。
传感光纤与光纤端面反射镜、传感光纤与1/4波片、1/4波片与保偏光缆均通过熔接方式完成连接。
传感头上盖设有一引出孔，保偏光缆从引出孔引出。在玻璃毛细管的末端点胶固定把传感光纤导入玻璃毛细管内，把端面反射镜留在玻璃毛细管的外端。传感头上盖加工有一个内含引线孔的引线头，保偏光缆作为全光纤电流互感器传感头的引出端，与传感光纤连接并从引线孔中引出。
所述的传感光纤采用圆双折射光纤。采用圆双折射光纤可以抑制传感光纤线性双折射，提高传感光纤测量精度。
传感头上盖采用金属材料制成，传感头下盖采用非金属材料制成。传感头上盖之所以采用金属材料，是为了便于通过金属支撑杆安装于变压器上，使传感头和变压器的电位差为零，从而不影响电力变压器的正常运行，传感头下盖采用非金属材料可以避免传感头上盖和传感头下盖表面形成的涡流效应。
传感头上盖和传感头下盖通过螺纹旋接在一起。传感光纤部分固定于传感头下盖后将传感头上盖和传感头下盖密封。
本发明通过采用高性能的圆双折射光纤，利用玻璃毛细管对传感光纤进行保护，并且盘绕固定玻璃毛细管的工艺方式实现传感光纤的多匝缠绕传感，避免了传统直接螺旋缠绕传感光纤引入的外界应力，也增强了传感头的抗震性能；且传感光纤采用穿管后注油处理后可靠性强，-40~70℃全温范围内的测量结果具有较好的稳定性。
附图说明
图1为光纤电流互感器的结构示意图；
图2为传感头上盖结构示意图；
图3为传感头下盖结构示意图；
图4为本发明制作流程图；
其中，1、传感头上盖，2、传感头下盖，3、传感光纤，4、玻璃毛细管，5、凹槽，6、端面反射镜，7、1/4波片，8、保偏电缆，9、引出孔。
具体实施方式
如图1、图2、图3所示，一种基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，包括传感头上盖1、传感头下盖2及传感光纤3，其中，传感头上盖1采用金属材料制成，传感头下盖2采用非金属材料制成。传感头上盖1和传感头下盖2通过内外螺纹旋接在一起。所述的传感光纤3外穿有玻璃毛细管4，传感光纤3与玻璃毛细管4之间的空隙注油填充；在传感头下盖2内设有用于固定玻璃毛细管4的凹槽5。传感光纤3一端熔接有光纤端面反射镜6，另一端作为1/4波片7一端，1/4波片7另一端熔接有保偏电缆8，保偏电缆8从传感头上盖1的引出孔9引出。
制作流程如图4所示：
1）将传感光纤的一端进行镀银处理，形成反射镜；
2）把传感光纤穿入玻璃毛细管内，把端面反射镜留在玻璃毛细管的一端，在穿管的过程中需做到不扭转传感光纤，避免引入应力引起的双折射；
3）对玻璃毛细管进行注油处理，使传感光纤和玻璃毛细管之间充满油介质，避免了传感光纤在玻璃毛细管中不稳定，保证了长期可靠性；
4）在传感光纤的另一端做1/4波片，波片的另一端与保偏光缆进行熔接连接；
5）传感头光路搭建完毕后进行安装固定，首先把端面反射镜进行固定处理，再把内部带有传感光纤的玻璃毛细管盘绕在传感头下盖的凹槽内，盘绕的同时按照指定位置进行点胶固定处理，在玻璃毛细管的末端点胶固定完成后，继续顺绕1/4波片和保偏光缆，使得在传感头的出口处为保偏光缆，然后与光路系统的一端进行熔接；
6）把传感头的上盖和传感头下盖进行配合安装后，进行密封处理；
7）接入光纤电流互感器系统。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，包括传感头上盖（1）、传感头下盖（2）及传感光纤（3），其特征在于：所述的传感光纤（3）外穿有玻璃毛细管（4），传感光纤（3）与玻璃毛细管（4）之间的空隙注油填充，在传感头下盖（2）内设有用于固定玻璃毛细管（4）的凹槽（5）。
2.根据权利要求1所述的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：传感光纤（3）一端连接有光纤端面反射镜（6），另一端熔接在1/4波片（7）一端，1/4波片（7）另一端接有保偏光缆（8）。
3.根据权利要求2所述的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：传感光纤（3）与光纤端面反射镜（6）、传感光纤（3）与1/4波片（7）、1/4波片（7）与保偏光缆（8）均通过熔接方式完成连接。
4.根据权利要求2或3所述的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：传感头上盖（1）有引出孔（9），保偏电缆（8）从引出孔（9）引出。
5.根据权利要求1所述的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的传感光纤（3）采用圆双折射光纤。
6.根据权利要求1所述的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：传感头上盖（1）采用金属材料制成，传感头下盖（2）采用非金属材料制成。
7.根据权利要求1所述的基于传感光纤穿管保护的全光纤电流互感器传感头，其特征在于：传感头上盖（1）和传感头下盖（2）通过螺纹旋接在一起。
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