一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭的製作方法

2023-05-01 05:41:56

一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，包括傳感頭上蓋、傳感頭下蓋及傳感光纖，所述的傳感光纖外穿有玻璃毛細管，傳感光纖與玻璃毛細管之間的空隙注油填充，在傳感頭下蓋內設有用於固定玻璃毛細管的凹槽。本發明通過採用高性能的圓雙折射光纖，利用玻璃毛細管對傳感光纖進行保護，並且盤繞固定玻璃毛細管的工藝方式實現傳感光纖的多匝纏繞傳感，避免了傳統直接螺旋纏繞傳感光纖引入的外界應力，也增強了傳感頭的抗震性能；且傳感光纖採用穿管後注油處理後可靠性強，-40~70℃全溫範圍內的測量結果具有較好的穩定性。
【專利說明】一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種全光纖電流互感器傳感頭，具體涉及一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭。

【背景技術】
[0002]隨著電力系統電壓等級不斷提高，光纖電流互感器以其顯著的優越性取代傳統的電磁式電流互感器已成為必然趨勢。但目前光纖電流互感器系統存在較多問題，其精度還達不到實際掛網的要求，尤其傳感頭的精度成為制約著全光纖電流互感器工程化普及的關鍵因素。
[0003]對不同入射線偏振面的線偏振光，傳感頭內傳感光纖的線性雙折射所引入的位相差是不同的，因而使系統靈敏度隨入射線偏振光的偏振角而變，降低了系統可靠性。另外，線性雙折射的大小對溫度、壓力等因素十分敏感，致使互感器靈敏度易受環境溫度、壓力、振動等因素變化的影響，降低了光纖電流互感器的穩定性。由於傳感光纖的製造工藝水平有限，製備過程會引起內在線性雙折射。同時，光纖的彎曲、微彎和外部非對稱的橫向壓力等外部因素也會引起雙折射。因此，抑制線性雙折射的方法一直是光纖電流互感器的關鍵技術。
[0004]現有抑制線性雙折射的方法除了優化傳感光纖本身性能外，主要是通過引入大量的圓雙折射以抵消線雙折射。其中，主要的方案是沿光纖軸向扭轉已制好的光纖，比如將單模光纖沿光纖軸扭轉或者在石英骨架上螺旋纏繞光纖。但將單模光纖沿光纖軸扭轉的方法存在圓雙折射隨時間退化的問題，且由於應力引入的圓雙折射大小極易受溫度的影響，致使這類光纖傳感器的性能隨環境溫度變化而改變，從而在長期實驗過程中性能不穩定；而在石英骨架上螺旋纏繞光纖的方法，是通過改變形狀加入圓雙折射，但是由於纏繞工藝的局限，傳感光纖沒有得到固定，容易隨溫度變化或時間推移而改變，試驗重複性不好，而且抗震性能較差。


【發明內容】

[0005]為解決上述問題，本發明提供一種穩定性好、抗震性能強的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭。
[0006]針對上述問題，本發明米取的技術方案為:一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，包括傳感頭上蓋、傳感頭下蓋及傳感光纖，所述的傳感光纖外穿有玻璃毛細管，傳感光纖與玻璃毛細管之間的空隙注油填充；在傳感頭下蓋內設有用於固定玻璃毛細管的凹槽。
[0007]通過將傳感光纖穿入玻璃毛細管避免了傳統的直接螺旋纏繞傳感光纖引入的外界應力，也增強了傳感頭的抗震性能。在穿管的過程中需做到不扭轉傳感光纖，避免引入應力引起的雙折射。對玻璃毛細管進行注油處理，使傳感光纖和玻璃毛細管之間充滿油介質，利用外套管和矽膠將玻璃毛細管和傳感光纖空隙所注的油進行密封處理，避免了傳感光纖在玻璃毛細管中不穩定，保證了長期可靠性，-4(T70°C全溫範圍內的測量結果具有較好的穩定性。為了提升現有全光纖電流互感器的工程化實用性能，再把內部帶有傳感光纖的玻璃毛細管盤繞在傳感頭下蓋的凹槽內，盤繞的同時按照指定位置進行點膠固定處理。
[0008]傳感光纖一端連接有光纖端面反射鏡,另一端熔接在1/4波片一端，1/4波片另一端接有保偏光纜。光纖端面反射鏡，使得光反射後原路返回，1/4波片使線偏振光轉化為圓偏振光，1/4波片的另一端接有保偏光纜，保持光的偏振性。
[0009]傳感光纖與光纖端面反射鏡、傳感光纖與1/4波片、1/4波片與保偏光纜均通過熔接方式完成連接。
[0010]傳感頭上蓋設有一引出孔，保偏光纜從引出孔引出。在玻璃毛細管的末端點膠固定把傳感光纖導入玻璃毛細管內，把端面反射鏡留在玻璃毛細管的外端。傳感頭上蓋加工有一個內含引線孔的引線頭，保偏光纜作為全光纖電流互感器傳感頭的引出端，與傳感光纖連接並從引線孔中引出。
[0011]所述的傳感光纖採用圓雙折射光纖。採用圓雙折射光纖可以抑制傳感光纖線性雙折射，提高傳感光纖測量精度。
[0012]傳感頭上蓋採用金屬材料製成，傳感頭下蓋採用非金屬材料製成。傳感頭上蓋之所以採用金屬材料，是為了便於通過金屬支撐杆安裝於變壓器上，使傳感頭和變壓器的電位差為零，從而不影響電力變壓器的正常運行，傳感頭下蓋採用非金屬材料可以避免傳感頭上蓋和傳感頭下蓋表面形成的渦流效應。
[0013]傳感頭上蓋和傳感頭下蓋通過螺紋旋接在一起。傳感光纖部分固定於傳感頭下蓋後將傳感頭上蓋和傳感頭下蓋密封。
[0014]本發明通過採用高性能的圓雙折射光纖，利用玻璃毛細管對傳感光纖進行保護，並且盤繞固定玻璃毛細管的工藝方式實現傳感光纖的多匝纏繞傳感，避免了傳統直接螺旋纏繞傳感光纖引入的外界應力，也增強了傳感頭的抗震性能；且傳感光纖採用穿管後注油處理後可靠性強，-4(T70°C全溫範圍內的測量結果具有較好的穩定性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1為光纖電流互感器的結構示意圖；
圖2為傳感頭上蓋結構示意圖；
圖3為傳感頭下蓋結構示意圖；
圖4為本發明製作流程圖；
其中，1、傳感頭上蓋，2、傳感頭下蓋，3、傳感光纖，4、玻璃毛細管，5、凹槽，6、端面反射鏡，7、1/4波片，8、保偏電纜，9、引出孔。

【具體實施方式】
[0016]如圖1、圖2、圖3所示，一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，包括傳感頭上蓋1、傳感頭下蓋2及傳感光纖3，其中，傳感頭上蓋1採用金屬材料製成，傳感頭下蓋2採用非金屬材料製成。傳感頭上蓋1和傳感頭下蓋2通過內外螺紋旋接在一起。所述的傳感光纖3外穿有玻璃毛細管4，傳感光纖3與玻璃毛細管4之間的空隙注油填充；在傳感頭下蓋2內設有用於固定玻璃毛細管4的凹槽5。傳感光纖3 —端熔接有光纖端面反射鏡6，另一端作為1/4波片7 —端，1/4波片7另一端熔接有保偏電纜8，保偏電纜8從傳感頭上蓋1的引出孔9引出。
[0017]製作流程如圖4所示:
1)將傳感光纖的一端進行鍍銀處理，形成反射鏡；
2)把傳感光纖穿入玻璃毛細管內，把端面反射鏡留在玻璃毛細管的一端，在穿管的過程中需做到不扭轉傳感光纖，避免引入應力引起的雙折射；
3)對玻璃毛細管進行注油處理，使傳感光纖和玻璃毛細管之間充滿油介質，避免了傳感光纖在玻璃毛細管中不穩定，保證了長期可靠性；
4)在傳感光纖的另一端做1/4波片，波片的另一端與保偏光纜進行熔接連接；
5)傳感頭光路搭建完畢後進行安裝固定，首先把端面反射鏡進行固定處理，再把內部帶有傳感光纖的玻璃毛細管盤繞在傳感頭下蓋的凹槽內，盤繞的同時按照指定位置進行點膠固定處理，在玻璃毛細管的末端點膠固定完成後，繼續順繞1/4波片和保偏光纜，使得在傳感頭的出口處為保偏光纜，然後與光路系統的一端進行熔接；
6)把傳感頭的上蓋和傳感頭下蓋進行配合安裝後，進行密封處理；
7)接入光纖電流互感器系統。
[0018]以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本發明進行了詳細的說明，所屬領域的普通技術人員應當理解依然可以對本發明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發明精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.一種基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，包括傳感頭上蓋(1)、傳感頭下蓋(2)及傳感光纖(3)，其特徵在於:所述的傳感光纖(3)外穿有玻璃毛細管(4)，傳感光纖(3)與玻璃毛細管(4)之間的空隙注油填充，在傳感頭下蓋(2)內設有用於固定玻璃毛細管(4)的凹槽(5)。
2.根據權利要求1所述的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，其特徵在於:傳感光纖(3) —端連接有光纖端面反射鏡(6),另一端熔接在1/4波片(7) —端，1/4波片(7)另一端接有保偏光纜(8)。
3.根據權利要求2所述的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，其特徵在於:傳感光纖(3)與光纖端面反射鏡(6)、傳感光纖(3)與1/4波片(7)、1/4波片(7)與保偏光纜(8 )均通過熔接方式完成連接。
4.根據權利要求2或3所述的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，其特徵在於:傳感頭上蓋(1)有引出孔(9)，保偏電纜(8)從引出孔(9)引出。
5.根據權利要求1所述的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，其特徵在於:所述的傳感光纖(3)採用圓雙折射光纖。
6.根據權利要求1所述的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，其特徵在於:傳感頭上蓋(1)採用金屬材料製成，傳感頭下蓋(2)採用非金屬材料製成。
7.根據權利要求1所述的基於傳感光纖穿管保護的全光纖電流互感器傳感頭，其特徵在於:傳感頭上蓋(1)和傳感頭下蓋(2)通過螺紋旋接在一起。
【文檔編號】G01R19/00GK104280589SQ201410580451
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月27日 優先權日:2014年10月27日
【發明者】韓克俊, 李軍, 張猛, 丁浩, 閆冠峰, 郝娜 申請人:山東電力設備有限公司