专利名称：抗干扰传感光纤及具有该传感光纤的传感光纤环的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电流传感器中的抗干扰传感光纤环，具体属于一种用于高压输电线路中测量电流和进行继电保护的反射式全光纤电流传感器中具有抗外界电磁干扰的传感光纤或传感光纤环。
背景技术：
全光纤电流传感器(或称互感器)作为高压输电干线的关键设备之一，已越来越被国际电力行业所青睐。国内外著名电力设备厂家如ABB、Alstom、南瑞航天、南瑞继保、中国电科院等上百家企业及科研单位都集中了人力、物力和财力竞相开发。各自经过了长达几年、甚至十几年的努力，已经取得不少结果和经验。但是，根据中国国家电网公司2011年组 织的，由武汉高压研究所主持的，对国内外主要(光纤型)电流互感器厂家所提供的互感器进行严格测试，测试结果表明离实际应用还有相当的距离和不足。除系统的电器部分抗电磁干扰性能差之外，还表现在传感器整体性能不稳定、小信号下噪声大以及温度重复性差等严重不良特证。从技术角度来讲，这些问题主要来源于光纤传感环。因此，如何设计和使用正确而且可靠的光纤传感环成为了一个非常核心的议题。目前，国内外主要厂家所使用的传感光纤具有如图I结构，其中Al段一般是保线偏振光纤，其左端与系统保线偏振光纤相连接，BI段也是一段保线偏振光纤，其左端与Al段光纤的右端熔接在一起，它们之间的主轴成45度角度，这段光纤的长度一般只有几毫米，通常也把BI段光纤称作四分之一波片光纤。BI段光纤的右端与Cl段光纤的左端熔接，而Cl段的右端或末端具有光学反射膜或反射镜，Cl段光纤的长度一般在几米到几十米之间。目前，国内几乎所有厂家或研究单位都使用所谓的低双折射单模光纤作为Cl段光纤，这种低双折射光纤主要是通过光纤拉丝时旋转光纤预制棒来获得的，虽然在理想放直的情况下，该光纤有很低的偏振模色散，与常规单模光纤相比也有超低的线双折射特性，但当它被弯曲做成电流传感光纤环后会引入新的线双折射，这种线双折射在绕环过程中具有相当的随机性，而且所引入的线双折射特性随时间、温度、冲击、振动等变化，从而导致系统信号的不稳定。Cl段是起电流传感作用的光纤，Al段和BI段都无电流传感效应或效应忽略不计，因而只用Cl段光纤做成电流传感环，环内的光纤可以是一个整圈或多个整圈。整圈的意思是Cl段有反射膜的末端必须绕回到Cl段的左端，反射膜的端面尽可能地与Cl左端对齐，这样可以充分抑制环外的电、磁场干扰。根据法拉第效应，环内磁场对圆偏振光所产生的相位变化可表述为Θ = Φ VHdl，这里V为该光纤的有效菲尔德系数；H为磁场强度；1为沿光纤长度的积分元，光纤总长为Cl。假定Cl段光纤是理想均匀的情况下，可认为V与光纤的位置无关，这样环内磁场对圆偏振光所产生的相位变化可简化为Θ = V # Hdl，而对于环外的磁场，由于磁通量等于零，即Θ = V纟Hdl=O,所以这样的设计从理论上讲是抗外场干扰的。此外，如申请号为200920351109. 4的实用新型专利中所描述的具有变速螺旋区的双折射电流传感光纤及其做成的环特性，该变速螺旋光纤如果去掉螺旋，实际就是一根线双折射保偏光纤。以熊猫光纤为例，具体结构如图2所示，从功能来讲也可以分成三段，A2段为保线偏振光纤，其左端一般与信号处理系统中的线保偏光纤熔接在一起；B2段是具有变速螺旋的双折射光纤，其左端螺旋速率为零，而右端螺旋速率达到设定的最高值，其长度一般在15至50公分之间；C2段是螺旋速率为设定最高值的均匀螺旋的双折射光纤，其长度一般可能在2至20米之间。图2中的光纤特征已在专利文件中清楚描述，在此只作简单描述，该光纤的B2段光纤和C2段光纤都具有法拉第效应，只是B2段的法拉第效应随螺旋速率的增加而增加，即有效菲尔德系数是个变数，而C2段的法拉第效应是恒定的，即有效菲尔德系数是个常数。如果用B2段和C2段光纤构成电流传感环，环内磁场对光波所产生的相位变化只能描述为Θ = # VHdl，因为B2段光纤的有效菲尔德系数V沿B2段是变化的。这样根据上一段的描述，环外磁场对光波所产生的相位变化Θ = f VHdl古0，这说明用这种光纤做成的电流传感光纤环是不抗外界干扰的。尽管可以通过一定优化改善电流传感光纤环的一些抗干扰特性，但离电力系统要求千分之二的误差精度相距较远，其抗干扰 特性随B2段和C2段的长度之比(B2/C2)减小而增强，当B2远小于C2且差别在三个数量级以上，才能勉强达到电力系统要求的误差精度。而如前所述B2段的光纤在15公分至50公分，假如典型长度为30公分，C2的长度要在30米以上才可以达到误差精度，但实际使用的长度一般只有几米，很少有超过10米的情况，最短的可能总长只有2米(B2+C2段)，这样做成的环经测试其精度位置误差超过10%。所以，迫切需要提高这种传感光纤环的抗干扰性。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种抗干扰传感光纤及具有该传感光纤的传感光纤环，可以抑制变速螺旋段光纤对磁场的敏感性，提高传感光纤环的抗干扰性。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种抗干扰传感光纤，所述传感光纤为双折射保偏光纤，所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋段、一变速螺旋段和匀速螺旋段，所述匀速螺旋段的末端面具有反射膜，所述变速螺旋段的外部具有一磁场屏蔽管。优选的，所述变速螺旋段的全部位于磁场屏蔽管内。进一步的，所述磁场屏蔽管的长度等于或大于传感光纤中变速螺旋段的长度。此外优选的，所述变速螺旋段的部分位于磁场屏蔽管内。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种传感光纤环，所述传感光纤环由一抗干扰传感光纤绕制而成，所述传感光纤为双折射保偏光纤，所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋段、一变速螺旋段和匀速螺旋段，所述匀速螺旋段的末端面具有反射膜，所述变速螺旋段的外部具有一磁场屏蔽管；所述匀速螺旋段的末端光纤紧靠在磁场屏蔽管的外侧，且末端面的反射膜与磁场屏蔽管的末端面对齐。优选的，所述传感光纤的变速螺旋段的全部位于磁场屏蔽管内。所述磁场屏蔽管的长度等于或大于传感光纤中变速螺旋段的长度。此外优选的，所述传感光纤的变速螺旋段的部分位于磁场屏蔽管内。进一步的，所述传感光纤的匀速螺旋段绕为环状。为小型化整个传感光纤环，磁场
屏蔽管可加工为弯管。本实用新型在现有的传感光纤外设有磁场屏蔽管，该磁场屏蔽管位于变速螺旋段夕卜，该结构简单，易于实现，可以完全抑制变速螺旋段光纤对磁场的敏感性，使其特性等效于不螺旋段的特性，提高精度和传感光纤环的抗干扰性。
图I是现有电流传感光纤的结构示意图；图2是具有变速螺旋段的双折射电流传感光纤的结构示意图；图3是本实用新型的抗干扰传感光纤的结构示意图；图4是利用抗干扰传感光纤制成的传感光纤环的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图与具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的抗干扰传感光纤为双折射保偏光纤，这根双折射保偏光纤依次包括一不螺旋段A2、一变速螺旋段B2和匀速螺旋段C2，匀速螺旋段C2的末端面具有反射膜，如图2所示。将传感光纤套入磁场屏蔽管B3内，并尽可能确保覆盖住变速螺旋段B2的光纤，如图3所示。用带有磁场屏蔽管B3的抗干扰传感光纤制成的传感光纤环一般如图4所示，用匀速螺旋段C2绕制成传感环，匀速螺旋段C2的末端光纤要尽可能紧靠磁场屏蔽管B3的外侧，同时确保反射膜与磁场屏蔽管B3的末端面尽可能的齐平(如图所示)，可完全达到抗干扰的要求。图4中只画一圈，实际可以根据需要绕制为多圈。为使整个传感光纤环小型化，磁场屏蔽管也可以预先做成特定的弯管。使用磁屏蔽的方法可以完全抑制传感光纤中变速螺旋段B2对磁场的敏感性，只要磁场屏蔽管B3的长度大于等于变速螺旋段B2的长度即可，那么它的特性就等效于不螺旋段A2的特性。当然，磁场屏蔽管B3也可以位于变速螺旋段B2的部分位置外，由于所述变速螺旋段的螺旋速率逐渐增大，因此可以根据实际需要将磁场屏蔽管B3套于部分变速螺旋段外部，使其制成的传感光纤环的抗干扰特性达到电力系统要求，如套于螺旋速率大于一定值的变速螺旋段后侧部分。磁场屏蔽管B3的内径和壁厚直接影响屏蔽的效果，且具有磁场屏蔽特性的材料很多，具体需要可以根据实际应用，结合经济性和抗干扰精度要求来选材和设置内径壁厚。本实用新型在现有的传感光纤外设有磁场屏蔽管，该磁场屏蔽管位于变速螺旋段夕卜，该结构简单，易于实现，可以完全抑制变速螺旋段光纤对磁场的敏感性，使其特性等效于不螺旋段的特性，提高精度和传感光纤环的抗干扰性，所述传感光纤环适用于反射式全光纤电流传感器中。以上通过具体实施例对本实用新型的内容进行了详细的说明，但这些并非构成对本实用新型的限制。对本领域的技术人员来说，本实用新型的保护范围还包括那些在不脱离本实用新型原理的情况下所作出的各种变形和改进。
权利要求1.ー种抗干扰传感光纤，所述传感光纤为双折射保偏光纤，所述双折射保偏光纤依次包括ー不螺旋段、ー变速螺旋段和匀速螺旋段，所述匀速螺旋段的末端面具有反射膜，其特征在于所述变速螺旋段的外部具有ー磁场屏蔽管。
2.根据权利要求I所述的抗干扰传感光纤，其特征在于所述变速螺旋段的全部位于磁场屏蔽管内。
3.根据权利要求2所述的抗干扰传感光纤，其特征在于所述磁场屏蔽管的长度等于或大于传感光纤中变速螺旋段的长度。
4.根据权利要求I所述的抗干扰传感光纤，其特征在于所述变速螺旋段的部分位于磁场屏蔽管内。
5.—种传感光纤环,其特征在于 所述传感光纤环由ー抗干扰传感光纤绕制而成，所述传感光纤为双折射保偏光纤，所述双折射保偏光纤依次包括ー不螺旋段、ー变速螺旋段和匀速螺旋段，所述匀速螺旋段的末端面具有反射膜，所述变速螺旋段的外部具有ー磁场屏蔽管； 所述匀速螺旋段的末端光纤紧靠在磁场屏蔽管的外侧，且末端面的反射膜与磁场屏蔽管的末端面对齐。
6.根据权利要求5所述的传感光纤环，其特征在于所述传感光纤的变速螺旋段的全部位于磁场屏蔽管内。
7.根据权利要求6所述的传感光纤环，其特征在于所述磁场屏蔽管的长度等于或大于传感光纤中变速螺旋段的长度。
8.根据权利要求5所述的传感光纤环，其特征在于所述传感光纤的变速螺旋段的部分位于磁场屏蔽管内。
9.根据权利要求5所述的传感光纤环，其特征在于所述传感光纤环中的磁场屏蔽管为 弯管。
10.根据权利要求5所述的传感光纤环，其特征在于所述传感光纤的匀速螺旋段绕为环状。
专利摘要本实用新型公开了一种抗干扰传感光纤，所述传感光纤为双折射保偏光纤，所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋段、一变速螺旋段和匀速螺旋段，所述匀速螺旋段的末端面具有反射膜，所述变速螺旋段的外部具有一磁场屏蔽管。本实用新型还公开一种由前述传感光纤绕制的传感光纤环，所述匀速螺旋段的末端光纤紧靠在磁场屏蔽管的外侧，且末端面的反射膜与磁场屏蔽管的末端面对齐。本实用新型在现有的传感光纤外设有磁场屏蔽管，该磁场屏蔽管位于变速螺旋段外，该结构简单，易于实现，可以完全抑制变速螺旋段光纤对磁场的敏感性，使其特性等效于不螺旋段的特性，提高了精度和传感光纤环的抗干扰性。
文档编号G02B6/024GK202614975SQ201220273939
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月11日 优先权日2012年6月11日
发明者黄勇, 周东平 申请人:上海康阔光通信技术有限公司