CN206906455U - 一种全光纤电流互感器传感头 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全光纤电流互感器传感头，其包括一段长拍长保偏光纤(1)、λ/4波片(3)、一段保圆传感光纤(4)和反射镜(7)；保圆传感光纤外穿设有毛细玻璃管(5)，毛细玻璃管(5)外还穿设有低烟无卤阻燃外护管(6)，低烟无卤阻燃外护管(6)的封口处通过赛钢封装体(8)密封保护；λ/4波片(3)、保圆传感光纤(4)、毛细玻璃管(5)的尾端均封装在玻璃V型槽(2)内，反射镜(7)的保护壳及低烟无卤阻燃外护管(6)末端均封装在赛钢封装体(8)内，封装胶水采用低收缩率胶水。

Description

一种全光纤电流互感器传感头

技术领域

本实用新型涉及一种全光纤电流互感器传感头，尤其涉及全光纤电流互感器中的传感头的封装结构，属于特高压电力测量技术领域。

背景技术

近年来随着国内外智能电网的全面建设，特高压直流输电工程在持续增长，其中继电保护系统在特高压输电领域中显得尤为重要。而在实际的直流输电系统中仍大部分采取传统的电磁式电流互感器进行继电保护，然而传统的电磁式电流互感器存在安全性能差、抗电磁干扰能力差、材料损耗大、绝缘性能差等缺点，已难以满足当今智能电网的发展。

随着新技术的发展，全光纤式电流互感器正逐渐替代传统的电磁式电流互感器。在高压绝缘方面，由绝缘的石英材料制成的全光纤电流互感器具有无可比拟的优越性。

全光纤电流互感器作为一种新型的电流互感器。其基本原理为光源发出的光经过偏振器成为线偏光，通过45度与调制器尾纤熔接后成为两束相互垂直的线偏光，沿着保偏光纤X、Y两个模式传输至传感头。在λ/4波片处转变成左旋和右旋的两束偏振光，进入传感光纤。在传感光纤中由于受到传输电流产生磁场而产生的法拉第效应作用，光波的电场矢量会产生一定的偏转角，对于圆偏振光来讲此偏转角就是相位角，所以在传输电流作用下这两束圆偏振光产生相应的相位变化。经由光纤端面被反射后两束圆偏振光转变旋转方向(即左旋变右旋、右旋变左旋)，再次通过传感光纤，并再次和电流产生的磁场相互作用，使产生的相位变化加倍。然后经过λ/4波片被转换成两束模式正交的线偏振光，不过这两束线偏振光与进入的两束线偏振光主轴互换，再次经过延迟线后进入调制器，通过闭环调制补偿在线圈中累积的相位差，然后两束线偏振光在起偏器位置产生干涉，通过探测器检测干涉光的强度获得在光纤线圈中累积的相位大小，从而根据法拉第效应计算得到经过光纤线圈中心的电流的大小。

目前全光纤电力互感器的实际挂网运行还存在诸多困难，由于系统中各器件的稳定性与精度直接制约着系统测量的精度，在诸多器件中传感头的精度直接制约着全光纤电力互感器的商业化应用。

在全光纤电流互感器的结构中，光纤1/4波片是关键的器件之一。一般光学系统均采用波片来改变光的偏振态，在光纤电流互感器中，由于光纤传输线以及干涉光路需要使用偏振态稳定的线保偏光纤，传感光纤环需要使用圆保偏光纤，所以必须使用光纤λ/4波片来实现线偏振光和圆偏振光之间的转换。它的稳定与否，直接影响了光纤互感器的稳定与否。又因为这该部件所组成的光纤传感环是放在室外的，温度变化范围比较大，并且光纤环是处在高压区的，不能采取恒温等措施，所以对光纤1/4波片温度稳定性要求是很高的。光纤λ /4波片是通过取1/4拍长的双折射光纤和传输光纤的光轴成45°熔接而成。熔接时的对轴角度需要精确控制，以免引起偏振误差。

传感头中的传感光是光纤电流互感器重要的组成部分。传感光纤的线性双折射会对偏振光的干涉产生干扰，使得整个传感系统的相位噪声增加，灵敏度下降以及传感器信号的不稳定和误差，特别是双折射随温度变化(相对变化率约为0.001/℃)会对输出信号产生很大的影响。所以如何消除光纤内存在的线性双折射及其对系统性能的不良影响是全光纤电流互感器研究的核心问题。而增大圆双折射则可以抑制线双折射的影响，为此传感光纤往往需尽量减小线双折射以及增大圆双折射以抑制线性双折射影响。

在实际使用时，传感头内的器件都不是绝对理想的，其性能参数的优劣会对系统产生不可忽视的影响，器件之间的连接、外界的干扰(如温度、振动等) 也会在一定程度上影响系统的输出。特别是温度稳定性，是影响整个全光纤电流互感器系统的测量可靠性及精度的主要因素。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，公开了一种全光纤电流互感器传感头，其设计了传感头内的各器件的封装结构，来增加系统的温度稳定性。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种全光纤电流互感器传感头，包括一段长拍长保偏光纤(1)、λ/4波片 (3)、一段保圆传感光纤(4)和反射镜(7)；保圆传感光纤外穿设有毛细玻璃管(5)，毛细玻璃管(5)外还穿设有低烟无卤阻燃外护管(6)，低烟无卤阻燃外护管(6)的封口处通过赛钢封装体(8)密封保护；

λ/4波片(3)、保圆传感光纤(4)、毛细玻璃管(5)的尾端均封装在玻璃 V型槽(2)内，反射镜(7)的保护壳及低烟无卤阻燃外护管(6)末端均封装在赛钢封装体(8)内，封装胶水采用低收缩率胶水。

作为本实用新型的一种优选实施方式：λ/4波片(3)采用长拍长保偏光纤制作，由一段长拍长保偏光纤(1)与另一段长拍长保偏光纤(1)45°熔接，利用高精度位移平台延45°熔接点切割出1/4拍长，并将切割点与保圆传感光纤(4)熔接，保圆传感光纤(4)末端镀有反射膜，形成反射镜(7)，并且反射膜被封装在保护壳内。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述赛钢封装体(8)由封盖和主体两部分组成。

作为本实用新型的一种优选实施方式：穿设有保圆传感光纤(4)的毛细玻璃管(5)，穿入所述低烟无卤阻燃外护管(6)内，反射镜(7)外露于低烟无卤阻燃外护管(6)外，露出部分被非金属赛钢封装体(8)封装密封加以保护。本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

本实用新型公开的一种全光纤电流互感器传感头，穿有毛细玻璃管的保圆传感光纤、反射镜均穿入低烟无卤阻燃外护管进行保护，低烟无卤阻燃外护管尾端有赛钢封装体封装密封。低烟无卤阻燃外护管具有良好的电气性能，可用于特高压环境。毛细玻璃管有着极佳的温度稳定，在温度变化下，不会在传感光纤产生附加的应力，从而使得系统稳定性得以提升。制作完成的λ/4波片与保圆传感光纤进行熔接，并封装在玻璃V型槽内，一端为裸保偏光纤，一端为带有毛细玻璃管的传感光纤，槽体内灌有低收缩率胶水。通过这样的封装，提高λ/4波片的温度稳定性。

附图说明

图1为本实用新型的一种具体实施方式的结构示意图；其示出了保圆传感光纤(带反射镜)穿入毛细玻璃管后与λ/4波片熔接，并将熔点及毛细玻璃管末端封装在玻璃V型槽的结构；

图2为本实用新型的一种具体实施方式的整体结构示意图；

图3为本实用新型的一种具体实施方式中的传感头内的光纤器件的示意图；

图4为本实用新型的一种具体实施方式中的玻璃V型槽的俯视方向的结构示意图；

图5为本实用新型的赛钢封装体结构示意图；

图6为本实用新型的低烟无卤阻燃外护管示意图。

附图标记说明：

1-长拍长保偏光纤，2-玻璃V型槽，3-λ/4波片，4-保圆传感光纤，5-毛细玻璃管，6-低烟无卤阻燃外护管，7-反射镜，8-赛钢封装体。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

如图1～6所示，其示出了本实用新型的具体实施例；如图所示，本实用新型公开的一种全光纤电流互感器传感头，包括一段长拍长保偏光纤1、λ/4波片3、一段保圆传感光纤4和反射镜7；保圆传感光纤外穿设有毛细玻璃管5，毛细玻璃管5外还穿设有低烟无卤阻燃外护管6，低烟无卤阻燃外护管6的封口处通过赛钢封装体8密封保护；

λ/4波片3、保圆传感光纤4、毛细玻璃管5的尾端均封装在玻璃V型槽2 内，反射镜7的保护壳及低烟无卤阻燃外护管6末端均封装在赛钢封装体8内，封装胶水采用低收缩率胶水。

保圆传感光纤外穿有毛细玻璃管进行保护；所述的保圆传感光纤末端镀有反射膜，形成反射镜结构，并且反射膜已被封装壳密封保护；上述的λ/4波片、穿有毛细玻璃管的保圆传感光纤、反射镜均穿入低烟无卤阻燃外护管进行保护，低烟无卤阻燃外护管尾端有赛钢封装体封装密封。

本实用新型中，通过将保圆传感光纤穿入毛细玻璃管管内，在穿制过程中应保证不扭转传感光纤，避免引入不必要的双折射。穿制完成后，反射镜与毛细玻璃管接缝处通过胶水密封固定。固定之后的毛细玻璃管穿入带有低烟无卤阻燃外护管内，并在空管两端留有一定余长用于λ/4波片的熔接及反射镜的封装。低烟无卤阻燃外护管具有良好的电气性能，可用于特高压环境。毛细玻璃管有着极佳的温度稳定，在温度变化下，不会在传感光纤产生附加的应力，从而使得系统稳定性得以提升。

作为本实用新型的一种优选实施方式：λ/4波片3采用长拍长保偏光纤制作，由一段长拍长保偏光纤1与另一段长拍长保偏光纤145°熔接，利用高精度位移平台延45°熔接点切割出1/4拍长，并将切割点与保圆传感光纤4熔接，保圆传感光纤4末端镀有反射膜，形成反射镜7，并且反射膜被封装在保护壳内。本实施例通过选用长拍长保偏光纤进行λ/4波片的制作，由于λ/4波片是将一段保偏光纤与一段1/4拍长的保偏光纤进行45°熔接，并且切割出λ/4拍长，但是由于一般保偏光纤的拍长都较短(2-6mm之间)，取λ/4拍长后，长度就更短，因此精确切割波片长度十分困难。所以采用长拍长的保偏光纤结合高精度切割位移平台制作λ/4波片，这样操作可提高其切割精度。制作完成的λ/4波片与保圆传感光纤进行熔接，并封装在玻璃V型槽内，一端为裸保偏光纤，一端为带有毛细玻璃管的传感光纤，槽体内灌有低收缩率胶水，通过紫外胶水进行固化。通过这样的封装，提高λ/4波片的温度稳定性。

上述的低收缩率胶水为紫外胶水；也可以为发明专利(申请号为：201310328951.7)公开的一种低收缩率光学透明胶；总之，采用现有技术中的低收缩率胶水即可。

作为本实用新型的一种优选实施方式：所述赛钢封装体8由封盖和主体两部分组成。

作为本实用新型的一种优选实施方式：穿设有保圆传感光纤4的毛细玻璃管5，穿入所述低烟无卤阻燃外护管6内，反射镜7外露于低烟无卤阻燃外护管 6外，露出部分被非金属赛钢封装体8封装密封加以保护。本实施例通过将反射镜及其保护外壳封装在低烟无卤阻燃外护管的尾端，防止反射镜滑动，造成系统精度下降。且封装体采取赛钢非金属材质，具备良好的绝缘性能，可在特高压环境下使用。

本实用新型的传感头可直接环绕安装在变压器上，测量电流大小。

在本实用新型的一种具体实施例中：

1、保圆传感光纤的一端前期做镀膜处理，形成反射镜，并进行封装保护外壳。

2、将保圆传感光纤的自由端穿入毛细玻璃管，直至反射镜端抵至毛细玻璃管，并且点胶将反射镜外壳与毛细玻璃管固定，穿出毛细玻璃管的自由端形成自由段，用于后续与λ/4波片熔接。

3、赛钢封装体的封盖部分套入低烟无卤阻燃空管套一端距离，将穿好毛细玻璃管的保圆传感光纤由自由端穿入低烟无卤阻燃空管，直至反射镜外壳抵至空管尾端。

4、利用长拍长保偏光纤制作λ/4波片，将保偏光纤与另一端保偏光纤进行 45°熔接，并通过高精度位移平台，切割出1/4拍长的保偏光纤，形成λ/4波片。

5、将λ/4波片于形成自由段的保圆光纤进行熔接，此时所有的器件均通过熔接方式连接起来。

6、玻璃V型槽内涂满紫外低收缩率胶水，将λ/4波片利用封装操作平台放入玻璃V型槽内，并且保证封装进槽内的结构包括一端保偏光纤、λ/4波片、保圆传感光纤，毛细玻璃管的一端，这样可保证两个熔接点均封装在V槽内。利用紫外固化灯将胶水固化，形成稳定的封装保护结构。

7、将玻璃V槽封装体穿入低烟无卤阻燃护套空管内，此时保圆传感光纤的反射镜保护外壳从空管另一端露出形成封装端。

8、将赛钢封装体的主体部分内灌满低收缩率胶水，对空管的封装端进行封装处理，同时将封装体的封盖部分推至与主体部分，直至嵌入主体部分，此时反射镜的保护壳及空管末端便完全被赛钢封装体密封保护起来。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种全光纤电流互感器传感头，其特征在于：包括一段长拍长保偏光纤(1)、λ/4波片(3)、一段保圆传感光纤(4)和反射镜(7)；保圆传感光纤外穿设有毛细玻璃管(5)，毛细玻璃管(5)外还穿设有低烟无卤阻燃外护管(6)，低烟无卤阻燃外护管(6)的封口处通过赛钢封装体(8)密封保护；

λ/4波片(3)、保圆传感光纤(4)、毛细玻璃管(5)的尾端均封装在玻璃V型槽(2)内，反射镜(7)的保护壳及低烟无卤阻燃外护管(6)末端均封装在赛钢封装体(8)内，封装胶水采用低收缩率胶水。

2.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器传感头，其特征在于：λ/4波片(3)采用长拍长保偏光纤制作，由一段长拍长保偏光纤(1)与另一段长拍长保偏光纤(1)45°熔接，利用高精度位移平台延45°熔接点切割出1/4拍长，并将切割点与保圆传感光纤(4)熔接，保圆传感光纤(4)末端镀有反射膜，形成反射镜(7)，并且反射膜被封装在保护壳内。

3.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器传感头，其特征在于：所述赛钢封装体(8)由封盖和主体两部分组成。

4.根据权利要求1所述的一种全光纤电流互感器传感头，其特征在于：穿设有保圆传感光纤(4)的毛细玻璃管(5)，穿入所述低烟无卤阻燃外护管(6)内，反射镜(7)外露于低烟无卤阻燃外护管(6)外，露出部分被非金属赛钢封装体(8)封装密封加以保护。