[实用新型]一种全光纤电流互感器传感头

说明书

技术领域

本发明涉及传感器领域，特别是涉及一种全光纤电流互感器的传感头。

背景技术

国家电网“十二五”规划中，数字化变电站的建设和改造工作将全面铺开，特高压作为我国坚强智能电网的骨干网架，也将进入建设高峰期。随着电网的发展，目前广泛使用的传统电磁式电流互感器暴露出其致命缺陷，例如高电压等级时绝缘极为困难、输出为模拟量、磁饱和等，满足不了电网发展战略的新要求，从而急需开发出一种新型的电流测量装置！国内外最终把目光集中在数字化的电子式电流互感器上，其中全光纤电流互感器是技术最先进的类型，代表目前电流互感器的发展方向。

国内外有大量单位对全光纤电流互感器展开研究，但由于技术难度较大，绝大多数单位仍停留在理论研究或实验尝试阶段，仅有极个别单位研制成功，达到了满足国标要求的0.2S级测量准确度。全光纤电流互感器的研制方案借鉴了光纤陀螺技术，它们的光路结构、检测方法、关键技术等内容几乎完全一样，区别仅在于全光纤电流互感器和光纤陀螺的传感头不一样，由于无法借鉴较为成熟的光纤陀螺技术，导致传感头成为全光纤电流互感器研制过程中的最大难点。

全光纤电流互感器的传感头包含光纤传感部分及其外部的保护装置，其中光纤传感部分包含全光纤1/4波片、传感光纤、光纤端面反射镜等全光纤器件，绕制在一个骨架上，用于感应电流信息，外部的保护装置则由绝缘材料制作而成，用于封装和保护光纤传感部分（全光纤器件极易损坏，不能长期暴露在空气中）。全光纤电流互感器的最大难点是光纤传感部分中传感光纤的线性双折射效应，以及传感光纤Verdet常数和光纤1/4波片相位延迟的温度效应，这些负面效应会严重影响互感器的工作性能，使其无法满足实际应用的需求。

由上所述，要研制成功全光纤电流互感器，并达到满足国标要求的测量准确度，以及长期应用时的可靠性和稳定性，必须设计并制作出能解决线性双折射、Verdet常数温度效应、光纤1/4波片相位延迟温度效应等关键问题的全光纤电流互感器传感头。

专利《一种反射式光纤电流传感器的敏感线圈的制备方法》（申请号为200810226743.5）和专利《一种全光纤电子式电流互感器敏感环》（申请号为200910237041.1）公开了一种敏感线圈的制备方法，采用该方法制备的敏感线圈对于电流互感器敏感环的制备有较大的借鉴意义，但也存在一定的缺陷：骨架上加工的沟槽为阿基米德螺旋线形状，传感光纤放置在沟槽内，无法增加圆双折射以降低线性双折射的负面影响；骨架上的沟槽一旦加工好，其形状和长度无法再加以调整，则沟槽内放置的传感光纤的长度随之固定，无法在装配的实际过程中实时调整；绕制光纤传感部分的环形骨架由金属材料加工而成，不仅重量较大，而且金属材料的线膨胀系数与光纤不一致，在温度效应的影响下，会使绕制在骨架上的传感光纤受到应力作用（如骨架的线膨胀系数大于光纤，会对绕制在骨架上的传感光纤产生一个向外挤压的应力，反之，如骨架的线膨胀系数小于光纤，会使光纤一定程度上脱离骨架，处于悬空状态，同样会产生应力），使传感光纤的线性双折射这一负面效应加剧；用胶固定光纤会使光纤受到应力，影响传感头在变温环境中的测量稳定性。

专利《一种光纤电流传感器的全光纤传感头》（申请号为200810056485.0）公开了一种传感头的制备方法，具有方便实现现场安装与拆卸的优点，但也存在一定的缺陷：结构较为复杂，且使用了大量的零部件，给加工带来了非常大的难度；传感光纤缠绕在玻璃骨架和软管上，软管的线膨胀系数与光纤差别较大，在温度效应的影响下，会使绕制在上面的传感光纤受到较大的应力作用，使传感光纤的线性双折射这一负面效应加剧。

发明内容

本发明针对上述存在的问题，提出一种全光纤电流互感器传感头，能有效的消除光纤传感部分的线性双折射、Verdet常数温度效应、1/4波片相位延迟温度效应等各种负面影响。

本发明采用如下技术方案：一种全光纤电流互感器传感头，包括：传感光纤、全光纤1/4波片、光纤端面反射镜、传感骨架、传感头上盖、传感头下盖、保偏光缆；所述传感头上盖和传感头下盖表面设置有凹槽；所述传感光纤、全光纤1/4波片和光纤端面反射镜通过熔接方式构成了全光纤电流互感器的光纤传感部分，所述光纤传感部分以螺旋方式均匀缠绕在所述传感骨架上，绕制有光纤传感部分的传感骨架放置于传感头下盖上的凹槽中， 并将传感头上盖、传感头下盖进行整体封装；所述传感头上盖加工有一个内含引线孔的引线头，所述保偏光缆作为全光纤电流互感器传感头的引出端，与所述光纤传感部分连接并从引线孔中引出。

在上述技术方案中，所述传感骨架采用石英玻璃制作且为环形结构，其横截面为圆形，表面光滑。