一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及全光纤电流互感器领域，特别是一种高精度全光纤电流互感器传感环 圈的制作方法。 技术背景
[0002] 智能电网建设是我国"十二五"规划中的重要基础建设项目，是我国国家战略规划 的重要组成部分。所谓智能电网是将先进的传感测量技术、信息通讯技术、分析决策技术、 自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网建设基础设施高度集成而形成的新型现代 化电网。研制智能电网关键设备，是实现智能电网的必要手段。电流互感器是电网中最普 遍、最基本的高压设备之一，肩负继电保护及电能计量的重要使命，其性能优劣直接关系到 电能计量的准确和电力网络的安全运行，必须要求它测量准确、响应快速、并且运行稳定可 靠。全光纤电流互感器由于其具有绝缘特性好、动态响应快、结构简单、频率响应范围宽、抗 电磁干扰能力强、可测直流等传统互感器无法比拟的优点，在智能电网建设中具有广阔的 应用前景。
[0003] 全光纤电流互感器是一种Sagnac型的偏振干涉仪，基于安培定律和法拉第效应 进行电流测量的，其传输与传感部分均使用光纤，具有优良的互易性和较强的抗外界环境 干扰能力。它主要由光路系统和电路系统构成，其光路系统主要包括光源、耦合器、起偏器、 直波导相位调制器、保偏延迟光缆、、传感环圈以及光电探测器等。它要求光在传播过程中 保持特定的偏振态，而非理想的光学器件会造成偏振光之间的串扰，影响测量精度及稳定 性。
[0004] 传感环圈是全光纤电流互感器光路互易性设计的关键部分，一般由λ/4光纤波 片、传感光纤、反射镜三部分组成。它一方面为正交的两束偏振光提供传输的闭合光路，另 一方面敏感穿过其中的导线中电流周围形成的闭合磁场，在两束偏振光间形成相位差。目 前，传感环圈中λ/4光纤波片制作、传感光纤线性双折射误差、传感环圈整体封装工艺等 是影响全光纤电流互感器的测量精度、稳定性及可靠性的关键因素，严重制约了其在智能 电网建设中的实用化进程。
【发明内容】
[0005] 发明目的
[0006] 本发明的目的是提供一种高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法，主要包 括λ /4光纤波片的精密制作方法、传感光纤的线性双折射误差抑制方法和保护措施、传感 环圈的整体封装结构和方法，有效提高传感环圈的测量精度、稳定性和可靠性。
[0007] 技术方案
[0008] 本发明是一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中，包括如下步 骤：
[0009] 步骤1、搭建λ /4光纤波片制作的实验检测装置，产生的线偏振光作为信号光；
[0010] 步骤2、熊猫保偏光纤一端与实验检测装置输出光的尾纤进行0°熔接；
[0011] 步骤3、熊猫保偏光纤另一端与椭芯保偏光纤一端进行45°对轴熔接；
[0012] 步骤4、采用截断法截取指定长度的椭芯保偏光纤制作λ /4光纤波片，并进行相 位延迟和偏振度的指标测试；
[0013] 步骤5、若λ /4光纤波片满足指定要求，进行步骤6,若不满足要求，重复步骤2~ 4 ；
[0014] 步骤6、λ /4光纤波片输出端与带有反射镜的传感光纤4输入端进行0°熔接；
[0015] 步骤7、对λ /4光纤波片、传感光纤和反射镜进行整体双层密封保护，并平行盘绕 在刻有凹槽的树脂结构件底座上，进行保护和固定；
[0016] 步骤8、对传感环圈整体进行高低温循环冲击，进行水汽干燥和光纤内部应力释 放。
[0017] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0018] 在步骤1中，所述实验检测装置包括：SLD光源、保偏环形器、偏振态分析仪；将 SLD光源的尾纤以0°熔接保偏环形器的入纤，保偏环形器的尾纤产生线偏振光。
[0019] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0020] 在步骤2中，保偏环形器以0°熔接熊猫保偏光纤的一端作为输入端，熔接时，将 熊猫保偏光纤的另一端作为输出端连接偏振态分析仪的输入端，实时监测输出光的消光比 和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比和偏振度均达到最大值时，进行 放电熔接。
[0021] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0022] 在步骤3中，将熊猫保偏光纤的输出端以45°对轴熔接椭芯保偏光纤的一端，首 先将熊猫保偏光纤的输出端放在保偏光纤熔接机的左侧夹具上，将椭芯保偏光纤的一端放 在保偏光纤熔接机的右侧夹具上，另一端接入偏振态分析仪的输入端，实时监测输出光的 消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比达到最小值且偏振度达 到最大值时，进行放电熔接。
[0023] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0024] 在步骤4中，以如下公式为依据截取，
[0025] 即所需相位延迟为：
[0027] 式中：Lp是椭芯保偏光纤的拍长，ζ是截取光纤的长度。
[0028] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0029] 在步骤6中，熔接时，将制作好的λ /4光纤波片输出端以0°熔接传感光纤的一 侦L其中传感光纤和反射镜是采用一体化封装结构，利用化学气相沉积法在传感光纤一端 的端面镀上介质膜，并采用毛细管进行了防水汽保护而得到的；在保偏环形器的输出端连 接有探测器，通过调节保偏光纤熔接机的马达进行手动对接，通过探测器实时监测输出光 的信号强度，当强度达到最大时，将保偏光纤熔接机进行放电熔接。
[0030] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0031] 在步骤7中，传感环圈中熊猫保偏光纤、λ /4光纤波片、传感光纤和反射镜都熔接 完成后，将整段光纤穿入玻璃毛细管，在两端分别用紫外固化胶进行密封保护，再在玻璃毛 细管外侧用高温热缩管进行保护，并进行热固化；
[0032] 传感环圈的结构件上盖和底座利用耐高温树脂材料加工制作，在结构件底座上分 别刻上I. 5cm宽的环形凹槽和0. 5cm宽的斜凹槽，将带有双层保护套的整段光纤平绕在环 形凹槽内，熊猫保偏光纤从斜凹槽中穿出，然后在环形凹槽内注满紫外固化胶将整段光纤 进行固化；
[0033] 最后，结构件上盖和结构件底座通过螺钉进行固定，并在结构件接触处的缝隙用 紫外固化胶进行密封保护。
[0034] 如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：
[0035] 传感环圈整体装配完成后，将其放入温箱内，使其在一 40~80°C温度范围内进行 高低温循环，高低温点分别保温6小时，升降温速率1°C /min，进行4~6个高低温循环冲 击，进行传感环圈内部水汽干燥和光纤内部应力释放。
[0036] 有益效果
[0037] 本方法提供一种高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法，有效提高传感环 圈的测量精度、稳定性和可靠性。
【附图说明】
[0038] 图1所示的是本发明全光纤电流互感器传感环圈结构原理图；
[0039] 图2所示的是本发明传感环圈制作方法流程示意图；
[0040] 图3所示的是本发明全光纤电流互感器传感环圈光路结构原理示意图；
[0041] 图4所示的是本发明全光纤电流互感器传感环圈上盖结构原理图。
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