[发明专利]一种传感光纤环以及反射式全光纤电流互感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感光纤及其绕制方法。本发明还涉及一种由该传感光纤环，以及应用该传感光纤环的一种反射式全光纤电流互感器。

背景技术

随着电力系统中电网电压等级的不断提高、容量不断增大以及智能电网的信息化、数字化、自动化、互动化的要求，传统电流互感器已经逐渐暴露出严重缺陷，而且越来越不能满足电力系统的发展要求，因此光学电流互感器的研究已经迫在眉睫。利用磁光玻璃拉制成的磁光玻璃光纤制作新型的全光纤电流互感器，是以法拉第（Frarday）效应为基础，可在一定程度上克服传统电流互感器的缺点，必将逐步取代传统的电流互感器而成为电网监测的最主要手段之一。全光纤电流互感器的原理是基于光的法拉第效应（Faraday Effect），即在被测电流导体的外部环绕适当圈数的光纤，当有电流流过导体时，其周围产生的磁场将使得光纤内传输光波的偏振方向发生变化。可表述为其中，H是被传感的磁场，L是磁场内传感光纤的长度，V为传感光纤的费尔德（Verdet）系数，θ为光纤内光波电场偏转的角度。

目前国内有多家单位从事光纤电流互感器的研究，尽管个别企业的光纤电流互感器已经进入了生产和挂网运行阶段，但产品性能的重复性和长期稳定性还面临着严峻的考验。超低折射光纤在被弯曲做成传感光纤环后，产生了额外的线双折射，而这种线双折射强烈依赖于温度等环境因素，加上光纤本身易受振动等因素的影响，所传输的光偏振特性极不稳定，因此适合于全光纤电流互感器用的传感光纤是光纤电流互感器的研究的关键。

已有的反射式全光纤电流互感器中的传感光纤，如申请号为200910262107.2的中国实用新型专利中提到，材料为线双折射保偏光纤，依次存在一段不旋转段、一段起转段（螺旋速率上升段）和一段匀速旋转段以及反射镜。但是光纤各部分的旋转度不同，不同位置的费尔德（Verdet）系数不尽相同。在长度为L的起转段内，各位置点上的费尔德系数均不相同，而是沿着光纤螺旋增加方向缓慢增加，所以公式就变为其中H是被传感的磁场，L是磁场内传感光纤的长度，V为传感光纤的费尔德系数，θ为光纤内光波电场偏转的角度。因为费尔德系数依赖于传感光纤中的位置，当导电线处于传感光纤周围的不同位置时，由此得到的相位变化将会不同。这就使得该传感光纤受电流导线的位置影响，因而不具备良好的抗干扰能力，不适用于实际应用。申请号为201120417236.7的中国实用新型专利设计了一种传感光纤环，解决了前述专利（申请号为200910262107.2）的传感光纤对空间位置敏感的问题，但是该专利又带来新的问题。该光纤电流互感器是一种Sagnac式光纤电流互感器。Sagnac式光纤电流传感器既具有电流传感器的特点又具有Sagnac式传感器的特点，也就是说，这种传感器既能敏感电流又能敏感Sagnac效应。因为这种缺陷，Sagnac式传感器输出变化无法分清是外界环境影响还是高压导线中电流本身的变化，严重影响了电流互感器的测量准确性，无法实用。

发明内容

本发明提供一种传感光纤环及其绕制方法以及基于该传感光纤环的一种全光纤电流互感器。该传感光纤环通过本发明特殊的传感光纤及其绕制结构提高了全光纤电流互感器系统的集成度，避免了λ/4波片性能对全光纤电流互感器测量的影响；同时消除扭光纤各处的费尔德系数不同引起全光纤电流互感器的测量误差，解决了全光纤电流互感器普遍存在的技术难题。

为了解决上述技术问题，本发明提供以下技术方案。

一种传感光纤环，包括扭光纤和线圈骨架，所述扭光纤是由线保偏光纤扭转而成；按照扭转速率所述扭光纤分为起旋转段和高速匀速旋转段，高速匀速旋转段的长度占总长度的70%至90%，在匀速旋转段的末端镀有反射膜；所述扭光纤以起旋转段中点为起点绕制在线圈骨架上，并使镀有反射膜的高速匀速旋转段末端与起旋转段中点位于线圈骨架的同一轴向线上，起旋转段的起始点和终止点位于线圈骨架的同一轴向线上。

上述的传感光纤环的制作方法，包括以下步骤：

1）采用线保偏光纤扭转制作如权利要求1中所述的扭光纤，在高速匀速旋转段的末端镀反射膜；并在起旋转段的起始点和终止点做标记，起旋转段的中点的扭转速率为高速匀速旋转速率的一半；

2）将扭光纤以起旋转段中点为起点绕制在线圈骨架上，并使镀有反射膜的高速匀速旋转段末端与起旋转段中点位于线圈骨架的同一轴向线上。