[发明专利]光纤预制件、传感光纤以及光纤预制件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，特别是涉及一种光纤预制件、由该光纤预制件拉伸制备的水轮发电机定子铁芯传感光纤、以及该光纤预制件的制备方法。 

背景技术

水电厂水轮发电机在运行过程中，定子槽部硅钢片断裂，在发电机磁场拉力作用下，断裂的硅钢片割穿定子线圈的绝缘层，发电机定子接地、被迫停机的事故时有发生，造成巨大的经济损失。为及时发现水轮机定子铁芯故障，避免水轮机运行事故发生，研发大型水轮发电机定子铁芯位移在线监测系统非常有必要。 

近几年，水轮发电机运行参量在线监测技术发展迅速，但是，针对大型水轮发电机定子铁芯的在线监测，国内外目前广泛采用电磁传感器作为传感元件，由于电磁传感器信号容易受水轮发电机强磁场和高电场环境的干扰导致信号失真，从而引起在线监测故障的误报和和漏报。 

光纤传感技术是近几十年发展起来的一门新型科学技术，光纤具有工作频带宽、动态范围大、参量加载容易等特点，因而光纤传感技术可有效应用于多种领域和环境下的参量采集和数据传输。光纤的基本成份是石英，纤芯外涂层及保护层材料均为高绝缘非金属材料，光纤只传光，不导电，不受电磁场的作用，其传输的光信号不受电磁场的影响，具有良好的抗电磁干扰、抗工业干扰的特性。光纤传感器能适应水轮发电机强电磁场环境，能成为水轮发电机高性能的传感器材料。采用光纤传感技术能有效地杜绝和规避发电机强磁场、高电场对检测参量的影响。 

光在光纤中传输时，由于光纤纤芯折射率（n₁）高，而光纤包层折射率（n₂）较纤芯折射率（n₁）要低，即n₂< n₁，光纤纤芯为光密媒质，包层较纤芯为光疏媒质，光在纤芯中传输时发生全反射，无折射损耗，仅发生散射损耗，光损耗非常小。包层与纤芯材料折射率差为△= n₁- n₂，它直接影响光在光纤传输中的损耗。当光纤在受弯曲或挤压时，光纤弯曲内侧包层材料受挤压，媒质分子密度增加，包层折射率增加，纤芯和包层间折射率差△减小，随着光纤纤芯和包层间材料折射率差的减小，在截止波长和工作波长相同的情况下，光在传输过程中因宏弯和微弯引起的损耗将增大。当纤芯和包层间折射率差△小于极限值时，光在挤压部位发生折射，光损耗迅速增加。通过对纤芯和包层材料的研究，研发出既能正常情况下有光传输的全反射特征，又能在微弯和宏弯情况下光损耗效益明显的光纤作为传感器，显著提高定子铁芯片位移量信号加载，提高系统感知能力。 

综上，光纤弯曲损耗受光纤纤芯和包层间折射率差、数值孔径、截止波长和工作波长等因素的影响，尤其是受芯包折射率差的影响最大，因此，在制造过程中，通过调整光纤芯包折射率差可制造出满足在各种领域的应用的光纤。 

水轮发电机定子和转子间隙狭小，水轮机组振动大，转子运行时存在径向跳动，定子铁芯槽内下有绝缘线棒且槽口设有槽偰，因此，要想完成对水轮机定子全部铁芯的全向监控，传感光纤需从多个方向对每一个槽口进行位移探测。光纤传感器因其外径小，且在光纤外包覆防护层，使得光纤具有一定的抗拉、抗压和抗弯曲的物理特性，能够满足传感光纤在定子铁芯现场安装和固定需求。 

针对大型水轮发电机定子铁芯位移在线监测系统研究项目，经理论分析和科学实验，通过应用光纤传感技术，采用光功率实时监测法完成大型水轮发电机组定子铁芯位移在线监测，该系统感知层采用高弯曲敏感性特种光纤作为系统的核心传感器件，完成对定子铁芯片位移参量的采集。 

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。 

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种光纤预制件，以提高光纤在弯折情况下的光损耗效益。 

本发明进一步要解决的技术问题是提供一种由上述光纤预制件拉伸而形成的传感光纤，提高其抗高温性能，用于作为水轮发电机定子铁芯的传感光纤。 

本发明采用如下技术方案： 

一种光纤预制件，由二氧化硅基玻璃构成，该光纤预制件包括：

通过拉伸而形成为光纤的芯区域的芯部分；

通过拉伸而形成为所述光纤的包层区域的包层部分，所述包层部分位于所述芯部分的外周；

其中，所述芯部分为无掺杂的二氧化硅基玻璃，所述包层部分为掺杂有硼和氟的二氧化硅基玻璃。