一种无骨架光纤电流传感环圈及其制作方法与流程

本发明属于电力系统技术领域，具体涉及一种无骨架光纤电流传感环圈及其制造方法。

背景技术：

光纤电流互感器是一种基于法拉第效应的光电传感器，具有绝缘性好、无磁饱和及安全性高等特点，是替代传统电流互感器的理想产品，在新一代智能化变电站中具有无可替代的地位和广阔的市场前景。目前国内外光纤电流互感器普遍采用的光路方案是直波导反射式。此方案的优点在于通过一个反射镜可以使两束光波在同一条路径上严格“同步”，达到“全对称”光路。这意味着具有更好的抗干扰能力，可以大大降低温度、振动对光路的影响，使得光路稳定性提高，并且没有陀螺效应引起的干扰，因此反射式方案在保证测量精度方面更具有优势。

作为光纤电流互感器最主要的敏感元件，传感环圈一般是由一个环圈骨架及绕在骨架上的光纤构成，结构如图1所示，由于光纤电流互感器的测量精度会随着传感环圈的应力变化而变化，因此为了保证电流测量精度的准确性，要求敏感光纤在受到扰动(例如温度变化等)时，敏感光纤的双折射率变化最好仅与敏感光纤的材料相关，不受其它外在应力的影响。否则，敏感光纤的双折射率将发生变化，导致解调得到的信号将包含应力双折射误差，并且这种误差很难得到准确的补偿。而在实际应用中，传感环圈通常采用支撑，即需要固定在某种金属或非金属材料制作的骨架结构上。由于金属及非金属的热膨胀系数远远大于光纤的热膨胀系数，所以当外界温度发生变化时， 骨架本身的变化会对传感环圈产生作用，传感环圈的应力场无可避免地受到影响，从而影响光纤电流互感器测量精度。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题为：有骨架传感环圈的骨架易受外界温度变化影响，从而对传感环圈产生作用，影响光纤电流互感器的测量精度。

本发明的技术方案如下所述：

一种无骨架光纤电流传感环圈，包括光缆、反射镜和1/4波片；所述光缆被先自上而下，后自下而上环绕成内外两圈，相邻的两根光缆之间紧密排布，并使用紫外光固化胶粘接；光缆的起始端和结束端并排设置，起始端与反射镜连接，结束端与1/4波片连接。

优选的，所述光缆由：聚乙烯护套、芳纶丝、松套管、套管填充油和裸光纤构成，光缆的中心为裸光纤，松套管包裹于裸光纤之外，松套管和裸光纤之间填充用套管填充油，芳纶丝覆盖于松套管外层，聚乙烯保护套设置于芳纶丝的外层。

优选的，裸光纤为裸spun光纤，直径为250μm，松套管的直径255±1μm，套管填充油为特种防水光纤油膏。

一种无骨架光纤电流传感环圈的制作方法，包括以下步骤：

步骤1、光缆、工装制作

将裸光纤放在光纤光缆设备上制成光缆，所述光缆从外之内依次为聚乙烯护套、芳纶丝、松套管、套管填充油和裸光纤；

用螺钉固定装配好工装，并在工装内表面涂脱模剂，所述工装具有上、下盖和支架，所述支架为圆桶状结构，上、下盖的直径大于支架直径，工装采用铝合金材料制成。

步骤2、内层制作

将光缆的一头固定于工装上盖下表面任意处，以固定点为起点缠绕，在 支架上自上至下绕满一层后固定于工装下盖上表面，缠绕时相邻的两根光缆之间保持无缝隙，并且单层缠绕于支架表面；

缠绕完成后，在光缆的表面上均匀涂满紫外光固化胶，汞灯照射5分钟，固化后静置10分钟。

步骤3、外层制作

固化静置结束后，放开光缆在工装下盖的固定点，将光缆自下向上直至缠绕回工装上盖的固定点，结束缠绕，缠绕时相邻的两根光缆之间保持无缝隙，并且单层缠绕；

缠绕结束后固定光缆，两固定点并列，在光缆的外层上均匀涂满紫外光固化胶，汞灯照射5分钟，固化后静置10分钟。

步骤4、拆除工装

解除光缆在工装上盖上的两个固定点，拆除工装，光纤环圈脱骨，得到无骨架光纤环圈。

步骤5、反射镜和波片安装

将上步得到的无骨架光纤传感环圈的光缆出、入端分别熔接反射镜、1/4波片，入端熔接反射镜，出端熔接1/4波片，之后用704胶并排固定于光纤环圈上平面；将得到的光纤传感环圈需静置72小时后再使用。

本发明的有益效果为：

(1)本发明的无骨架光纤电流传感环圈的敏感光纤的双折射率不易受外界环境温度变化的影响，全温测量精度稳定性好、可靠性高，保证了测量精度。

(2)本发明提出的无骨架光纤电流传感环圈制作方法方案合理、制作简单、操作性强。

附图说明

图1为传统的有骨架传感环圈外形结构示意图；

图2为本发明的无骨架光纤传感环圈示意图；

图3为无骨架光纤传感环圈截面示意图；

图4为本发明的无骨架光纤传感环圈制作方法示意图；

其中，1-光纤，2-骨架，3-光缆，4-铝合金下盖，5-脱模剂，6-聚乙烯护套，7-芳纶丝，8-松套管，9-紫外光固化胶，10-套管填充油，11-裸光纤，12-反射镜，13-1/4波片。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的一种无骨架光纤电流传感环圈及其制造方法进行详细说明。

本发明的无骨架光纤电流传感环圈外形如图2所示，它包括光缆3、反射镜12和1/4波片13。所述光缆3被先自上而下，后自下而上环绕成内外两圈，相邻的两根光缆3之间紧密排布，并使用紫外光固化胶9粘接；光缆3的起始端和结束端并排设置，起始端与反射镜12连接，结束端与1/4波片13连接，

如图3所示，所述光缆3由：聚乙烯护套6、芳纶丝7、松套管8、套管填充油10和裸spun光纤11构成，光缆3的中心为裸spun光纤11，松套管8包裹于裸spun光纤11之外，松套管8和裸spun光纤11之间填充用套管填充油10，芳纶丝7覆盖于松套管8外层，聚乙烯保护套6设置于芳纶丝7的外层。

裸spun光纤的直径为250μm，松套管直径255±1μm，套管填充油为特种防水光纤油膏。

如图4所示，上述无骨架光纤电流传感环圈的制作方法包括以下步骤：

步骤1、光缆、工装制作

将裸spun光纤11放在光纤光缆设备上制成光缆3，所述光缆3从外之内依次为聚乙烯护套6、芳纶丝7、松套管8、套管填充油10和裸spun光纤11。

用螺钉固定装配好工装，并在工装内表面涂脱模剂，所述工装具有上、下盖和支架，所述支架为圆桶状结构，上、下盖的直径大于支架直径，工装采用铝合金材料制成。

步骤2、内层制作

将光缆3的一头固定于工装上盖下表面任意处，以固定点为起点缠绕，在支架上自上至下绕满一层后固定于工装下盖上表面，缠绕时相邻的两根光缆之间保持无缝隙，并且单层缠绕于支架表面。

缠绕完成后，在光缆3的表面上均匀涂满紫外光固化胶，汞灯照射5分钟，固化后静置10分钟。

步骤3、外层制作

固化静置结束后，放开光缆3在工装下盖的固定点，将光缆3自下向上直至缠绕回工装上盖的固定点，结束缠绕，缠绕时相邻的两根光缆之间保持无缝隙，并且单层缠绕。

缠绕结束后固定光缆，两固定点并列，在光缆3的外层上均匀涂满紫外光固化胶，汞灯照射5分钟，固化后静置10分钟。

步骤4、拆除工装

解除光缆3在工装上盖上的两个固定点，拆除工装，光纤环圈脱骨，得到无骨架光纤环圈；

步骤5、反射镜和波片安装

将上步得到的无骨架光纤传感环圈的光缆(3)出、入端分别熔接反射镜12和1/4波片13，入端熔接反射镜12，出端熔接1/4波片13，之后用704胶并排固定于光纤环圈上平面。将得到的光纤传感环圈需静置72小时后再使用。