CN106597052A - 一种新型全光纤电流互感器及其干涉部件的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种新型全光纤电流互感器，其特点是，包括：超辐射发光二极管光源、保偏光纤耦合器、铌酸锂集成光学调制器、波片、光电检测器、干涉部件和全数字闭环处理电路通过保偏光纤连接；干涉部件包括双环光纤环和保温装置；还提供了干涉部件的制作方法。具有结构合理、简单，适用温度范围广，测量精度高，成本低等优点。

Description

一种新型全光纤电流互感器及其干涉部件的制作方法

技术领域

本发明涉及全光纤电流互感器，是一种适用于温度条件苛刻（-40℃~60℃）的新型全光纤电流互感器及其干涉部件的制作方法。

背景技术

全光纤电流互感器是一种直接将光纤环绕于被测导线上作为敏感元件，以Faraday磁光效应为基础，综合利用闭环控制技术的新型高压电流测试设备。随着电力系统中电网电压等级的不断提高、容量不断增大，作为智能变电站中重要监测设备之一的电流互感器的更新换代已经迫在眉睫，全光纤电流互感器以其绝缘结构简单、电磁兼容性强、动态范围大、体积小、重量轻、无磁饱和无磁滞现象、无二次爆炸危险等优势受到人们的关注，成为传统电磁式电流互感器理想的替代产品。因此，进一步提高全光纤电流互感器的精度和可靠性，对电力行业至关重要。全光纤电流互感器的测量精度和可靠性极大程度上依赖于光纤干涉环的性能及可靠性，温度的变化会引起传感光纤线圈产生线性双折射，对全光纤电流互感器的精度产生较大的影响，同时还会引起维尔德常数的变化，直接影响法拉第旋转角度，从而影响系统输出电流大小，导致测量误差。因此，必须采取相关的手段来减小温度造成的影响。针对上述情况，现有技术采用扭转光纤、椭圆双折射光纤等手段来降低全光纤电流互感器因温度引起的漂移，这些措施虽然在一定程度上抑制了温度漂移，但同时也带来造价昂贵、结构复杂等实用性问题；现有技术采用光子晶体光纤来替代传统保偏光纤制作光纤敏感环，但是由于保偏光子晶体光纤本身技术不成熟，在拉制过程中很难达到预期的理想效果，所以实际过程中还有待考验；现有技术采用算法补偿降低温度漂移，但智能算法在离线情况下对温度补偿的实验效果较好，但实际应用中数据量大实时性差几乎无法使用。

发明内容

本发明的目的是，克服现有技术的不足，提供一种结构合理、简单，适用温度范围广，测量精度高，成本低的新型全光纤电流互感器，并提供其干涉部件的制作方法。

实现本发明目的之一采用的技术方案是：一种新型全光纤电流互感器,其特征是，它包括：超辐射发光二极管光源、保偏光纤耦合器、铌酸锂集成光学调制器、波片、光电检测器、干涉部件和全数字闭环处理电路通过保偏光纤连接；所述的干涉部件包括双环光纤环和保温装置；超辐射发光二极管光源发出的光通过保偏光纤耦合器分成两束，其中一束光由铌酸锂集成光学调制器的输入端进入到铌酸锂集成光学调制器，由光学调制器分成两等份，分别由铌酸锂集成光学调制器的两个输出端输出，并注入到干涉部件的双环光纤环中，同时沿顺时针和逆时针方向进行传输，经过干涉部件的双环光纤环传播的两束光返回到铌酸锂集成光学调制器，经过保偏光纤耦合器耦合后到达光电检测器。

实现本发明目的之二采用的技术方案是：一种干涉部件的制作方法，其特征是，它包括以下步骤：

1）双环光纤环的绕制：光纤环的绕制为光纤环的一端沿一个方向绕制，中点两侧绕制方向单一且相反，形成两个背靠背放置的小柱型绕法光纤环，两环相对应的一端连接，环中间用胶粘接固定；

2）保温装置由端盖、绝热胶垫和保温体组成，保温装置的保温体内壁和外壁采用非铁磁性材料，外壁与内壁之间密封连接形成密闭空间并抽取真空；

3）将步骤1）绕制的双环光纤环套装于光纤环固定套上，且置于步骤3）保温装置中构成干涉部件。

本发明的一种新型全光纤电流互感器，由于采用了双环光纤环和与之配套的保温装置构成的干涉部件，双环光纤环真正地实现了光纤环中点两侧光纤环圈空间上对称，采用的双柱型绕环方法更加简单，同时采用了保温装置保证光纤环中点两侧每一环圈温度分布对称且同一环圈温度相同，从而解决温度分布对称性问题，因此，配合保温装置的双柱型绕法的光纤环对全光纤电流互感器热致漂移有较好的抑制效果，有助于提高全光纤电流互感器的测量精度。具有构合理、简单，适用温度范围广，测量精度高，成本低等优点。

附图说明

图1是本发明的新型全光纤电流互感器结构示意图；

图2是图1中干涉部件立体结构示意图；

图3是图1中双环光纤环采用双柱型绕法示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步详细地说明。

如图1所示，本发明的新型全光纤电流互感器，包括超辐射发光二极管光源1，保偏光纤耦合器2，铌酸锂集成光学调制器3、波片4、光电检测器5、干涉部件6和全数字闭环处理电路7，其中干涉部件6包括采用双环光纤环和保温装置，图中所有的器件均由单模熊猫型保偏光纤连接，超辐射发光二极管光源1发出的光通过保偏光纤耦合器2分成两束，其中一束光由铌酸锂集成光学调制器3的输入端a进入到铌酸锂集成光学调制器3，由铌酸锂集成光学调制器3分成两等份，分别由铌酸锂集成光学调制器3的两个输出端b、c输出，并注入到干涉部件中，同时沿顺时针和逆时针方向进行传输。经过采用双环光纤环传播的两束光返回到铌酸锂集成光学调制器3，经过保偏光纤耦合器2耦合后到达光电检测器5。

光电检测器5检测到光强信号，测量出两束光干涉的相位差，通过全数字闭环电路7处理运算，得到全光纤电流互感器的输出信号，与此同时，该信号可作为下一时刻的反馈信号传输到铌酸锂集成光学调制器3中，构成闭合回路，通过信号处理解算出导线电流的大小，实现全光纤电流互感器测量电流的功能。

干涉部件6包括采用双环光纤环和保温装置，所述双环光纤环的直径、绕环方式、绕纤长度均相同，采用背靠背的放置方式，光纤环中点两侧光纤环圈空间上对称，保温装置保证双环光纤环温度分布对称且沿径向相同。

按相同的工艺绕制双环光纤环606和607,然后将双环光纤环用胶拼接组成光纤环系统，所述绕制方法、光纤材质和装配方法如下：

1)绕制方法如下：如图2和图3所示，为保证光纤环的绕制工艺具有可重复性,结合简单的制备工艺，光纤环采用双柱型绕法，双柱型绕法光纤环是由两个几何参数相同、绕线方向相反的小柱型光纤环组成，两个小柱型光纤环沿相反方向同时开始绕制，绕完后把骨架脱去，呈现两个背对背放置的柱型绕法光纤环；

2)光纤材质：连结光纤为单模保偏光纤，光纤环所需光纤可采用具有温度稳定性的特种光纤；

3)双环光纤环装配方法如下：相同的双环光纤环606和607背靠背放置且相对应的一端拼接，两环之间用胶608粘接固定拼接充当一个光纤环，调整两个光纤环,使其最终达到两个环的拼接口等效为单一环圈的中点,即拼接口两侧光纤长度相同，同时保证拼接口两侧光纤环每一圈光纤都沿背靠背面空间对称。

为保证保温装置内放置的双环光纤环温度分布沿背靠背面面对称。保温装置的设计、装配方式和工作机理具体为：

1)保温装置由端盖601、绝热胶垫602以及保温体603组成。保温体由外壁604和内壁605构成；

2)端盖601与保温体外壁604和内壁605均采用硬度强且不隔磁的非铁磁性材料，外壁604与内壁605之间密封连接形成密闭空间，抽取真空构成绝热性好且对磁场效果不影响的保温腔体；

3)将双环光纤环606和607用胶608粘接成的光纤环整体套装于光纤环固定套609上压紧防止光纤环游动；

4)保温体中放置粘接的双环光纤环，通过光纤环固定套609上的螺纹旋入安装入保温体内，为光纤环提供一个相对稳定对称的温度环境；

5)保温装置的工作机理如下:当保温装置接触不均匀的外部温度或外部温度变化频繁或外部温度变化幅度较大时，具有一定真空度的保温体能够阻止内外壁的热传导，保证保温装置内温度基本不变且分布均匀，给腔体内的光纤环提供一个相对稳定对称的环境。

本发明的新型全光纤电流互感器的装配方法为：将两个相同的小柱型光纤环606和607（即双环光纤环）沿相反方向同时绕制，将两个相同的小柱型光纤环606和607相对应的一端拼接，用胶608将其背靠背粘接，套装于光纤环固定套609上压紧死防止光纤环游动，固定放置于保温体603中,通过绝热胶垫602和端盖601的装配构成完整的保温装置,保证两个光纤环每一环圈在空间上相互对称。两个相同的小柱型光纤环606和607的另一端头通过端盖601小孔引出，引出的两个光纤端头分别与对应的光路相连。装配完毕后,干涉部件6可保证其内部的光纤环实现中点两侧光纤环圈空间上对称同时双环光纤环温度分布沿背靠背面和径向对称,能够实现通过光纤环自身最大程度的抵消温度引起的漂移,从而提高新型全光纤电流互感器的精度。

本发明的实施例仅用于对本发明作进一步的说明，并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本发明实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本发明保护范围内。

Claims (2)

1.一种新型全光纤电流互感器,其特征是，它包括：超辐射发光二极管光源、保偏光纤耦合器、铌酸锂集成光学调制器、波片、光电检测器、干涉部件和全数字闭环处理电路通过保偏光纤连接；所述的干涉部件包括双环光纤环和保温装置；超辐射发光二极管光源发出的光通过保偏光纤耦合器分成两束，其中一束光由铌酸锂集成光学调制器的输入端进入到铌酸锂集成光学调制器，由光学调制器分成两等份，分别由铌酸锂集成光学调制器的两个输出端输出，并注入到干涉部件的双环光纤环中，同时沿顺时针和逆时针方向进行传输，经过干涉部件的双环光纤环传播的两束光返回到铌酸锂集成光学调制器，经过保偏光纤耦合器耦合后到达光电检测器。

2.根据权利要求1所述的新型全光纤电流互感器,其特征是，所述干涉部件的制作方法包括以下步骤：

1）双环光纤环的绕制：光纤环的绕制为光纤环的一端沿一个方向绕制，中点两侧绕制方向单一且相反，形成两个背靠背放置的小柱型绕法光纤环，两环相对应的一端连接，环中间用胶粘接固定；

2）保温装置由端盖、绝热胶垫和保温体组成，保温装置的保温体内壁和外壁采用非铁磁性材料，外壁与内壁之间密封连接形成密闭空间并抽取真空；

3）将步骤1）绕制的双环光纤环套装于光纤环固定套上，且置于步骤3）保温装置中构成干涉部件。