一种无骨架保偏光纤延迟环的制备方法与流程

本发明属于全光纤电流互感器技术领域，具体涉及一种无骨架保偏光纤延迟环的制备方法。

背景技术：

全光纤电流互感器是一种基于法拉第效应的新型光电传感器，是替代传统电流互感器的理想产品，具有频率效应快、动态范围大、测量精度高等特点，可以满足继电保护控制、电能计量、电能质量监测等领域不断发展的需求。目前国内外全光纤电流互感器都普遍采用直波导反射式光路结构，整个系统分为光路和电路两部分：光路主要由光源(SLD)、耦合器、起偏器、直波导、保偏光纤延迟线、1/4波片、传感环圈等组成；电路由前置放大电路、A/D转换、数字信号处理单元、D/A转换等组成。具体方案框图如图1所示。反射式方案的优点在于采用“全对称”的互易光路，即通过一个反射镜使得两束光波在同一条路径上严格“同步”。这意味着光路具有更好的抗干扰能力，可以大大降低温度、振动的影响，提高光路稳定性。该方案在理论上具有更低噪声、低漂移及标度因数稳定的特点，在保证测量精度方面更具有优势。

保偏光纤延迟线是光纤电流互感器光路系统中不可缺少的组成部件。这是由于全光纤电流传感器光纤传感环圈所用的光纤很少，通常只有5～20米，因此光路渡越时间极短，导致闭环控制电路的调制频率极高。为保证调制波形能够快速达到稳定状态，同时保证采样时间点的精确定位，只能采用更加高速的A/D和D/A转换器，这将成倍地增加产品成本。而实际上通过增加保偏光纤延迟线，就可以很好地解决这个问题。一般来说保偏光纤延迟线的长度大约为100～200米，如果光纤全部制成光缆，体积过于庞大，使用极不方便，所以生产厂家普遍采用的处理办法是将其中大部分保偏光纤绕制成光纤延迟环圈，小部分(50米以下)制成光缆。

保偏光纤延迟环的通常作法是将保偏光纤缠绕在一个环圈骨架上，结构如图2所示，这与光纤陀螺敏感环圈的作法相同，因此也具有相同的特性：对环境因素如温度、应力的变化十分敏感，延迟环如受到外界应力、缠绕应力、弯曲应力等作用时会产生相位噪声。在实际应用中，由于环圈骨架材料的热膨胀系数远远大于光纤的热膨胀系数，所以温度变化带来的骨架热应力将作用在光纤上，改变进入传感环圈偏振光的偏振态，直接影响全光纤电流互感器的测量准确度。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题为：现有的有骨架的保偏光纤延迟环易受热应力影响，进而影响偏振光的偏振态，降低全光纤电流互感器的测量准确度。

本发明的技术方案如下所述：

1、一种无骨架保偏光纤延迟环的制备方法，包括以下步骤：

a)用螺钉固定装配好骨架工装，并在工装内表面涂脱模剂

所述工装包括圆盘形的上、下盖和圆桶状的骨架，所述上、下盖的直径大于骨架的直径，所述上盖上还设置有孔；所述的固定装配为将上盖、骨架以及下盖固定连接，所述的脱模剂涂抹于骨架外表面、上盖下表面和下盖上表面的裸露处；

b)将单模光纤的一端预留一定尾纤后固定于步骤a)得到的工装上盖上表面，另一端穿过上盖的孔后开始绕所述的骨架缠绕，完成两层缠绕后，所述的另一端在从上盖所述的孔穿出并固定于上盖上表面之上；

c)在步骤b)得到的光纤层外部铺垫一层绵纸；

d)将保偏光纤一端预留一定尾纤后固定在工装上盖上表面，另一端穿过上盖的孔后开始在所述绵纸的外侧缠绕，完成两层缠绕后，所述的另一端在从上盖所述的孔穿出并固定于上盖上表面之上；

e)将隔胶筒套在步骤d)得到的光纤层上，在尾纤上涂脱模剂；所述隔胶桶为上端开放的圆形桶，其内径与上、下盖的直径相当，所述隔胶桶用于在下步注胶时保持光纤层的形状；裸露在外的四根尾纤上均匀涂抹脱模剂；

f)将步骤e)隔胶桶放入注胶容器中，容器放入设备抽真空，胶液自动压入光纤层并充分进入光纤层缝隙；

g)取出步骤f)灌好胶的隔胶桶，擦净所述隔胶桶筒及尾纤上的胶，放入温箱进行温度循环；

h)放开光纤的固定点，拆除隔胶筒和工装上盖，并使单模底纤和骨架脱落，得到无骨架光纤延迟环；

i)将无骨架光纤延迟环净置一段时间后使用。

优选的，步骤b)和步骤d)中的所述缠绕以从上至下再从下至上的方式进行，缠绕时，相邻单模光纤间保持无缝隙且相互不叠加，绕满两层后，两尾纤各保留1米。

优选的，所述绵纸厚度为0.01毫米。

优选的，所述注胶容器中充满硅橡胶GD414，胶液完全没过隔胶桶。

优选的，所述温箱在3℃/min的变温速率下进行从-50℃～+70℃的温度循环，温度从低温到高温再到低温为一个循环，共运行30个循环。

优选的，所述静置的时间为72小时。

本发明的有益效果为：

本发明提出了一种无骨架保偏光纤延迟环的制备方法，设计合理、制作简单、操作性强，制作的无骨架保偏光纤延迟环具有全温稳定性好、可靠性高的突出优点，使得此种无骨架光纤延迟环在光纤电流互感器中的应用中可取代传统延迟环，成为高精度、高稳定、高可靠的全光纤电流互感器的主要组件。

附图说明

图1为直波导反射式全光纤电流互感器构成示意图；

图2为有骨架保偏光纤延迟环结构示意图；

图3为本发明的方法的流程图。

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保偏光纤延迟环的制备方法进行详细说明。

如图3所示，一种无骨架保偏光纤延迟环的制备方法，制作步骤如下：

a)用螺钉固定装配好骨架工装，并在工装内表面涂脱模剂。

所述工装包括圆盘形的上、下盖和圆桶状的骨架，所述上、下盖的直径大于骨架的直径，所述上盖上还设置有孔。所述的固定装配为将上盖、骨架以及下盖固定连接，所述的脱模剂涂抹于骨架外表面、上盖下表面和下盖上表面的裸露处。

b)将单模光纤的一端预留一定尾纤后固定于步骤a)得到的工装上盖上表面，另一端穿过上盖的孔后开始绕所述的骨架缠绕，所述缠绕以从上至下再从下至上的方式进行，完成两层缠绕后，所述的另一端在从上盖所述的孔穿出并固定于上盖上表面之上。所述缠绕时，相邻单模光纤间保持无缝隙且相互不叠加，绕满两层后，两尾纤各保留1米

c)在步骤b)得到的光纤层外部铺垫一层绵纸，所述绵纸厚度为0.01毫米；

d)将保偏光纤一端预留一定尾纤后固定在步骤a)得到的工装上盖上表面，另一端穿过上盖的孔后开始在所述绵纸的外侧缠绕，所述缠绕以从上至下再从下至上的方式进行，完成两层缠绕后，所述的另一端在从上盖所述的孔穿出并固定于上盖上表面之上。所述缠绕时，相邻保偏光纤间保持无缝隙且相互不叠加，绕满两层后，两尾纤各保留1米。

e)将隔胶筒套在步骤d)得到的光纤层上，在尾纤上涂脱模剂；所述隔胶桶为上端开放的圆形桶，其内径与上、下盖的直径相当，所述隔胶桶用于在下步注胶时保持光纤层的形状。裸露在外的四根尾纤上均匀涂抹脱模剂。

f)将步骤e)隔胶桶放入注胶容器中，容器放入设备抽真空，胶液自动压入光纤层并充分进入光纤层缝隙；所述注胶容器中充满硅橡胶GD414，胶液完全没过隔胶桶；

g)取出步骤f)灌好胶的隔胶桶，擦净所述隔胶桶筒及尾纤上的胶，放入温箱进行温度循环；所述温箱在3℃/min的变温速率下进行从-50℃～+70℃的温度循环，温度从低温到高温再到低温为一个循环，共运行30个循环。

h)放开光纤的固定点，拆除隔胶筒和工装上盖，并使单模底纤和骨架脱落，得到无骨架光纤延迟环；

i)将无骨架光纤延迟环净置72小时后使用。