[发明专利]传感光纤、传感光纤环及直通型全光纤电流传感器

说明书

技术领域

本发明涉及一种传感光纤。本发明还涉及一种由该传感光纤制成的传感光纤环，以及应用该传感光纤环的直通型全光纤电流传感器。

背景技术

全光纤电流传感器正在高压输电网和电力智能网中开始得到了使用，但其长期稳定性和抗干扰能力是决定其实用性及被广泛应用的最关键指标。目前国内对全光纤电流传感器进行研究的单位可能超过了20家，极大多数技术方案是从光纤陀螺技术中移植过来的，传感光纤环几乎都采用了所谓的四分之一波片，加超低双折射单模光纤。尽管个别企业的全光纤电流传感器已经进入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。实际上，从国外进口来的超低双折射光纤在被弯曲做成光纤环后，就产生了额外的线双折射，而这种线双折射强烈依赖于温度，加上光纤本身受外界振动等因素的影响，使得所传输的光偏振特性极不稳定。

全光纤电流传感器的原理是基于光的法拉第效应(Faraday Effect)，并可表述为其中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。

申请号为200910262107.2的中国发明专利公开了一种用于反射式全光纤电流传感器中的传感光纤，其原材料为线双折射保偏光纤，依次包含一不旋转段、一起转段和匀速旋转段。在该专利中，传感光纤存在一段“起转段”(也可以称为螺旋速率上升段)，尽管经过一定长度L后，传感光纤从起转段过渡到匀速旋转段(螺旋速率匀速段)，然而在螺旋速率上升段内，其费尔德系数不再是一个常数，而是沿光纤方向随螺旋速率增加而缓慢增加的，故前述公式转化为假定将长度为L的传感光纤做成一个传感光纤环，那么上述公式就变为的回路积分，由于费尔德系数依赖于L的位置，因而光波的变化相位也会依赖于该闭合回路内(即环内)导电棒的位置。同时当环外存在外磁场或导电母线时，的积分值也不再为零，使得该传感光纤环不具备抗干扰能力。因此利用该传感光纤做成的反射式传感光纤环不可能完全隔离外场干扰或影响。根据该专利中提到的，所述传感光纤的匀速旋转段(螺旋速率匀速段)长度为1-3米，也就是说传感光纤环中只包含1-3圈的传感光纤，由于目前传感光纤环的直径一般在30cm左右，而起转段(螺旋速率上升段)的长度通常在25-40cm(具体由螺旋前该线双折射保偏光纤的拍长来大致确定)，因此这段螺旋速率上升段占总长的12％至30％左右。经试验表明，这类传感光纤环不仅没有抗干扰能力，而且一旦做成环，当电流母线处在环内不同位置时，被测电流值显示有波动，这种波动高达2％-5％。

为了减小实际测量电流的波动和外场的干扰，唯一的方法是增加传感光纤环内光纤的圈数，使得螺旋速率上升段的长度与螺旋速率匀速段的长度之比越小越好。但无论如何，增加传感光纤的圈数只能改善传感光纤环的抗干扰能力，不能完全克服或消除外场的干扰和测试电流值对电流母线位置的依赖。假如外场是几十万安培的雷电，则会对电力网系统产生严重的干扰和隐患。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种传感光纤，其抗外场干扰，可消除测试电流值对电流母线位置的依赖。本发明还提供一种由该传感光纤制成的传感光纤环，以及应用了该传感光纤环的直通型全光纤电流传感器。

为解决上述技术问题，本发明的传感光纤为被退线极化的线双折射保偏光纤，所述传感光纤依次包含一螺旋速率上升段、一螺旋速率匀速段和一螺旋速率下降段，所述螺旋速率上升段和螺旋速率下降段为对称结构，二者长度相等且螺旋速率对称相同。

进一步地，所述螺旋速率上升段和螺旋速率下降段的最小旋转螺距与螺旋速率匀速段的最小螺距相等，且最小螺距大于等于未螺旋前所述线双折射保偏光纤拍长的0.5倍。所述螺旋速率上升段或螺旋速率下降段的长度大于等于所述未螺旋前线双折射保偏光纤拍长的50倍。

进一步地，所述螺旋速率上升段的螺旋速率从零增至预定的最高螺旋速率，所述螺旋速率匀速段的螺旋速率保持预定的最高螺旋速率，所述螺旋速率下降段的螺旋速率从预定的最高螺旋速率降至零。所述螺旋速率上升段的螺旋速率为缓变上升，螺旋速率下降段的螺旋速率为缓变下降。

本发明的传感光纤环由一传感光纤绕制而成，所述传感光纤为被退线极化的线双折射保偏光纤，该传感光纤依次包含一螺旋速率上升段、一螺旋速率匀速段和一螺旋速率下降段，所述螺旋速率上升段和螺旋速率下降段为沿光纤方向的对称结构，二者长度相等且螺旋速率对称相同；