CN109884364A - 一种高可靠光纤电流互感器传感头 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高可靠光纤电流互感器传感头，它包括钛合金骨架，钛合金骨架上设有高双折射保偏光纤，高双折射保偏光纤上设有紫外固化胶，构成敏感环圈；敏感环圈设在支撑结构件的内壁上，支撑结构件的内壁上设有隔热涂层，敏感环圈的高双折射保偏光纤的一端连接全光纤波片，另一端连接光纤端面反射镜，全光纤波片和光纤端面反射镜平行设置在光缆接续盒内，光缆接续盒设在支撑结构件底部，支撑结构件的顶部设有上盖，上盖上设有通气孔，通气孔内设有塞子。其优点是，具有稳定性好、可靠性高的突出优点，使得此种传感头在光纤电流互感器中的应用中可取代传统的传感头，成为高精度、高稳定、高可靠的全光纤电流互感器的主要组件。
Description
技术领域
本发明属于一种高可靠光纤电流互感器传感头，具体涉及一种用于电力测量的全光纤电流互感器中高可靠传感头。
背景技术
全光纤电流互感器是一种基于法拉第效应的新型光电传感器，是国际上公认的替代传统电流互感器的理想产品，是数字化变电站中不可缺少的一种计量设备。具有频率效应快、动态范围大、测量精度高等特点，可以满足继电保护控制、电能计量、电能质量监测等领域不断发展的需求。
全光纤电流互感器是由围绕载流导线的传感元件(即传感头)、传输光纤、光信号传播、采集与处理器件(即采集单元)三部分构成的系统，构成示意图如图1所示。传感头是系统中最主要和最关键的组件，主要由传感环圈、1/4波片、反射镜组成，是光纤电流互感器感应电流的主要环节，一般安装在变电站一次侧高压设备上。采集单元则由光源、环行器、直波导、探测器、主控回路板等组成，是光产生、传输及采集数据的主要环节，位于低电压的二次侧。传感头性能对互感器性能的影响是直接的且多方面的，如对磁场的灵敏度、比差的稳定性、比差的温度灵敏度等影响显而易见。因此如何设计一个稳定的、敏感的传感头对高可靠高精度光纤电流互感器尤为重要。
电网运行的稳定性和安全性对光纤电流互感器的可靠性提出了很高的要求。一方面，传感头作为互感器主要敏感组件长年工作在恶劣的自然环境中，受风吹、日晒、雨淋、雷电等各种外界因素干扰，而按照电网对电力设备的要求其使用寿命至少要在10年以上。另一方面，传感头通常安装在变电站高压一次侧的母线上，拆装时需要变电站停电操作，经常更换并不现实。一旦发生故障，带来的直接经济损失不可估计，还会造成极其恶劣的社会影响。因此传感头必须具有很高的长期稳定性及可靠性，需要采取一定的防护措施，在热防护、密封等方面都要进行设计，从技术上根本解决可靠性问题，保证互感器具有良好的环境能力。
发明内容
本发明的目的是提供一种高可靠光纤电流互感器传感头，它具有温度敏感性低，全温测量精度稳定性好，最大限度地保证传感头在恶劣的外界环境中长期工作的稳定性和可靠性。
本发明是这样实现的，一种高可靠光纤电流互感器传感头，它包括钛合金骨架，钛合金骨架上设有高双折射保偏光纤，高双折射保偏光纤上设有紫外固化胶，构成敏感环圈；敏感环圈设在支撑结构件的内壁上，支撑结构件的内壁上设有隔热涂层，敏感环圈的高双折射保偏光纤的一端连接全光纤波片，另一端连接光纤端面反射镜，全光纤波片和光纤端面反射镜平行设置在光缆接续盒内，光缆接续盒设在支撑结构件底部，支撑结构件的顶部设有上盖，上盖上设有通气孔，通气孔内设有塞子。
所述的支撑结构件内部充入惰性气体。
所述的全光纤波片为高双折射保偏光纤的一端尾纤与一椭圆光纤进行45°熔接，在距离45°熔点长度为λ/4处截断椭圆光纤，截断点上熔接一段已套有一个石英管和一个不锈钢管的熊猫保偏光纤，石英管位于波片位置，在距石英管两端管口1～2mm处的光纤裸纤上涂353ND胶封住两端，石英管表面涂上一层704胶，不锈钢管两端也封有704胶。
所述的光纤端面反射镜为高双折射保偏光纤的另一端尾纤端面上镀有增反膜，增反膜反射率在90％以上，套装在一端开口的石英管内，在开口端涂上353ND胶，石英管表面涂有一层704胶，石英管外套有不锈钢管，不锈钢管的两端封有704胶。
本发明的优点是，具有稳定性好、可靠性高的突出优点，使得此种传感头在光纤电流互感器中的应用中可取代传统的传感头，成为高精度、高稳定、高可靠的全光纤电流互感器的主要组件。
附图说明
图1为全光纤电流互感器结构示意图；
图2为一种高可靠光纤电流互感器传感头示意图；
图3为一种高可靠光纤电流互感器传感头制作流程图。
图中，1光缆接续盒，2全光纤波片，3光纤端面反射镜，4上盖，5高双折射保偏光纤，6钛合金骨架，7紫外固化胶，8塞子，9通气孔，10惰性气体，11支撑结构件，12隔热涂层。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细介绍：
如图2所示，一种高可靠光纤电流互感器传感头包括钛合金骨架6，钛合金骨架6上缠绕有高双折射保偏光纤5，高双折射保偏光纤5上涂有紫外固化胶7，构成敏感环圈；敏感环圈固定在支撑结构件11的内壁上，支撑结构件11的内壁上涂有隔热涂层12，敏感环圈的高双折射保偏光纤5的一端连接全光纤波片2，另一端连接光纤端面反射镜3，全光纤波片2和光纤端面反射镜3平行安装在光缆接续盒1内，光缆接续盒1直接用螺钉固定安装在支撑结构件11底部，支撑结构件11的顶部盖有上盖4，上盖4上开有通气孔9，通气孔9内安装有塞子8。通过上盖通气孔9将支撑结构件内部抽成真空的同时，将惰性气体10充入其中，充满后用塞子8塞上通气孔。其中，全光纤波片2为高双折射保偏光纤5的一端尾纤与一椭圆光纤进行45°熔接，在距离45°熔点长度为λ/4处截断椭圆光纤，截断点上熔接一段已预先套上一个石英管和一个不锈钢管的熊猫保偏光纤，石英管位于波片位置，在距石英管两端管口1～2mm处的光纤裸纤上涂353ND胶封住两端，石英管表面涂上一层704胶，不锈钢管两端也封有704胶。光纤端面反射镜3为高双折射保偏光纤5的另一端尾纤端面上镀有增反膜，增反膜反射率在90％以上，套装在一端开口的石英管内，在开口端涂上353ND胶，石英管表面涂有一层704胶，石英管外套有不锈钢管，不锈钢管的两端封有704胶。
如图3所示，本发明一种高可靠光纤电流互感器传感头的制作包括如下步骤：
(1)首先制备敏感环圈，具体做法是：将直径250μm spun光纤5一端预留出1米尾纤，以此为起点通过光纤缠绕设备以5g缠绕张力无缝隙、不叠加平绕在钛合金骨架6表面上。绕满一层，将紫外光(UV)固化胶7均匀涂满光纤层表面，用汞灯照射5分钟。固化后静置10分钟，再缠绕下一层，重复涂胶固化操作，直至光纤剩余1米时缠绕完毕。将传感环圈放入温箱，在3℃/min的变温速率下进行从-50℃～+70℃的温度循环，温度从低温到高温再到低温为一个循环，共运行30个循环以释放传感环圈应力。
(2)然后制备全光纤1/4波片2，具体做法是：将传感环圈光纤5一端尾纤与一椭圆光纤进行45°熔接，光纤切割刀在距离45°熔点长度为λ/4(λ为光纤波长)处截断椭圆光纤。随之在截断点上熔接一段已预先套上一个石英管和一个不锈钢管的熊猫保偏光纤，将石英管移到波片位置，在距石英管两端管口1～2mm处的光纤裸纤上涂353ND胶封住两端，并加热固化，固化温度120度，固化时间3分钟。然后在石英管表面涂上一层704胶，再将不锈钢管缓慢套在石英管上，边套边添胶，最后用704胶完全封住不锈钢管两端。静置24小时后将做好的波片2放入温箱，在3℃/min的变温速率下进行从-50℃～+80℃的温度循环，温度从低温到高温再到低温为一个循环，共运行30个循环以释放波片应力。
(3)随后制备光纤端面反射镜3，具体做法是：在传感环圈光纤5另一端尾纤端面上镀好增反膜，增反膜反射率在90％以上，检测合格后将其放入在一端开口的石英管内，在开口端涂上353ND胶，点胶位置与增反膜距离均为0.5～1mm，并加热固化，固化温度120度，固化时间3分钟。在石英管表面涂上一层704胶，再将不锈钢管缓慢套在石英管上，边套边添胶，最后用704胶完全封住不锈钢管两端。静置24小时后将做好的光纤端面反射镜3放入温箱，在3℃/min的变温速率下进行从-50℃～+80℃的温度循环，温度从低温到高温再到低温为一个循环，共运行30个循环以释放反射镜应力。
(3)最后将制好的敏感环圈、波片2、反射镜3净置72小时后，将敏感环圈固定在支撑结构件11镀有隔热涂层12的内壁上。再将与敏感环圈两端连接的λ/4波片2和反射镜3平行安装在光缆接续盒1内，用704胶固定好后将光缆接续盒1直接用螺钉固定安装在支撑结构件11底部，盖上上盖4。通过上盖通气孔9将支撑结构件内部抽成真空的同时，将惰性气体10充入其中。充满后用塞子8塞上通气孔。结束后将传感头整体净置24小时再使用。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。倘若这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种高可靠光纤电流互感器传感头，其特征在于：它包括钛合金骨架(6)，钛合金骨架(6)上设有高双折射保偏光纤(5)，高双折射保偏光纤(5)上设有紫外固化胶(7)，构成敏感环圈；敏感环圈设在支撑结构件(11)的内壁上，支撑结构件(11)的内壁上设有隔热涂层(12)，敏感环圈的高双折射保偏光纤(5)的一端连接全光纤波片(2)，另一端连接光纤端面反射镜(3)，全光纤波片(2)和光纤端面反射镜(3)平行设置在光缆接续盒(1)内，光缆接续盒(1)设在支撑结构件(11)底部，支撑结构件(11)的顶部设有上盖(4)，上盖(4)上设有通气孔(9)，通气孔(9)内设有塞子(8)。
2.如权利要求1所述的一种高可靠光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的支撑结构件(11)内部充入惰性气体(10)。
3.如权利要求1所述的一种高可靠光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的全光纤波片(2)为高双折射保偏光纤(5)的一端尾纤与一椭圆光纤进行45°熔接，在距离45°熔点长度为λ/4处截断椭圆光纤，截断点上熔接一段已套有一个石英管和一个不锈钢管的熊猫保偏光纤，石英管位于波片位置，在距石英管两端管口1～2mm处的光纤裸纤上涂353ND胶封住两端，石英管表面涂上一层704胶，不锈钢管两端也封有704胶。
4.如权利要求1所述的一种高可靠光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述的光纤端面反射镜(3)为高双折射保偏光纤(5)的另一端尾纤端面上镀有增反膜，增反膜反射率在90％以上，套装在一端开口的石英管内，在开口端涂上353ND胶，石英管表面涂有一层704胶，石英管外套有不锈钢管，不锈钢管的两端封有704胶。
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