專利名稱：抗干擾傳感光纖及具有該傳感光纖的傳感光纖環(huán)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種電流傳感器中的抗干擾傳感光纖環(huán)，具體屬于一種用于高壓輸電線路中測量電流和進行繼電保護的反射式全光纖電流傳感器中具有抗外界電磁干擾的傳感光纖或傳感光纖環(huán)。
背景技術(shù)：
全光纖電流傳感器(或稱互感器)作為高壓輸電干線的關(guān)鍵設(shè)備之一，已越來越被國際電力行業(yè)所青睞。國內(nèi)外著名電力設(shè)備廠家如ABB、Alstom、南瑞航天、南瑞繼保、中國電科院等上百家企業(yè)及科研單位都集中了人力、物力和財力競相開發(fā)。各自經(jīng)過了長達幾年、甚至十幾年的努力，已經(jīng)取得不少結(jié)果和經(jīng)驗。但是，根據(jù)中國國家電網(wǎng)公司2011年組 織的，由武漢高壓研究所主持的，對國內(nèi)外主要(光纖型)電流互感器廠家所提供的互感器進行嚴(yán)格測試，測試結(jié)果表明離實際應(yīng)用還有相當(dāng)?shù)木嚯x和不足。除系統(tǒng)的電器部分抗電磁干擾性能差之外，還表現(xiàn)在傳感器整體性能不穩(wěn)定、小信號下噪聲大以及溫度重復(fù)性差等嚴(yán)重不良特證。從技術(shù)角度來講，這些問題主要來源于光纖傳感環(huán)。因此，如何設(shè)計和使用正確而且可靠的光纖傳感環(huán)成為了一個非常核心的議題。目前，國內(nèi)外主要廠家所使用的傳感光纖具有如圖I結(jié)構(gòu)，其中Al段一般是保線偏振光纖，其左端與系統(tǒng)保線偏振光纖相連接，BI段也是一段保線偏振光纖，其左端與Al段光纖的右端熔接在一起，它們之間的主軸成45度角度，這段光纖的長度一般只有幾毫米，通常也把BI段光纖稱作四分之一波片光纖。BI段光纖的右端與Cl段光纖的左端熔接，而Cl段的右端或末端具有光學(xué)反射膜或反射鏡，Cl段光纖的長度一般在幾米到幾十米之間。目前，國內(nèi)幾乎所有廠家或研究單位都使用所謂的低雙折射單模光纖作為Cl段光纖，這種低雙折射光纖主要是通過光纖拉絲時旋轉(zhuǎn)光纖預(yù)制棒來獲得的，雖然在理想放直的情況下，該光纖有很低的偏振模色散，與常規(guī)單模光纖相比也有超低的線雙折射特性，但當(dāng)它被彎曲做成電流傳感光纖環(huán)后會引入新的線雙折射，這種線雙折射在繞環(huán)過程中具有相當(dāng)?shù)碾S機性，而且所引入的線雙折射特性隨時間、溫度、沖擊、振動等變化，從而導(dǎo)致系統(tǒng)信號的不穩(wěn)定。Cl段是起電流傳感作用的光纖，Al段和BI段都無電流傳感效應(yīng)或效應(yīng)忽略不計，因而只用Cl段光纖做成電流傳感環(huán)，環(huán)內(nèi)的光纖可以是一個整圈或多個整圈。整圈的意思是Cl段有反射膜的末端必須繞回到Cl段的左端，反射膜的端面盡可能地與Cl左端對齊，這樣可以充分抑制環(huán)外的電、磁場干擾。根據(jù)法拉第效應(yīng)，環(huán)內(nèi)磁場對圓偏振光所產(chǎn)生的相位變化可表述為Θ = Φ VHdl，這里V為該光纖的有效菲爾德系數(shù)；H為磁場強度；1為沿光纖長度的積分元，光纖總長為Cl。假定Cl段光纖是理想均勻的情況下，可認(rèn)為V與光纖的位置無關(guān)，這樣環(huán)內(nèi)磁場對圓偏振光所產(chǎn)生的相位變化可簡化為Θ = V # Hdl，而對于環(huán)外的磁場，由于磁通量等于零，即Θ = V纟Hdl=O,所以這樣的設(shè)計從理論上講是抗外場干擾的。此外，如申請?zhí)枮?00920351109. 4的實用新型專利中所描述的具有變速螺旋區(qū)的雙折射電流傳感光纖及其做成的環(huán)特性，該變速螺旋光纖如果去掉螺旋，實際就是一根線雙折射保偏光纖。以熊貓光纖為例，具體結(jié)構(gòu)如圖2所示，從功能來講也可以分成三段，A2段為保線偏振光纖，其左端一般與信號處理系統(tǒng)中的線保偏光纖熔接在一起；B2段是具有變速螺旋的雙折射光纖，其左端螺旋速率為零，而右端螺旋速率達到設(shè)定的最高值，其長度一般在15至50公分之間；C2段是螺旋速率為設(shè)定最高值的均勻螺旋的雙折射光纖，其長度一般可能在2至20米之間。圖2中的光纖特征已在專利文件中清楚描述，在此只作簡單描述，該光纖的B2段光纖和C2段光纖都具有法拉第效應(yīng)，只是B2段的法拉第效應(yīng)隨螺旋速率的增加而增加，即有效菲爾德系數(shù)是個變數(shù)，而C2段的法拉第效應(yīng)是恒定的，即有效菲爾德系數(shù)是個常數(shù)。如果用B2段和C2段光纖構(gòu)成電流傳感環(huán)，環(huán)內(nèi)磁場對光波所產(chǎn)生的相位變化只能描述為Θ = # VHdl，因為B2段光纖的有效菲爾德系數(shù)V沿B2段是變化的。這樣根據(jù)上一段的描述，環(huán)外磁場對光波所產(chǎn)生的相位變化Θ = f VHdl古0，這說明用這種光纖做成的電流傳感光纖環(huán)是不抗外界干擾的。盡管可以通過一定優(yōu)化改善電流傳感光纖環(huán)的一些抗干擾特性，但離電力系統(tǒng)要求千分之二的誤差精度相距較遠，其抗干擾 特性隨B2段和C2段的長度之比(B2/C2)減小而增強，當(dāng)B2遠小于C2且差別在三個數(shù)量級以上，才能勉強達到電力系統(tǒng)要求的誤差精度。而如前所述B2段的光纖在15公分至50公分，假如典型長度為30公分，C2的長度要在30米以上才可以達到誤差精度，但實際使用的長度一般只有幾米，很少有超過10米的情況，最短的可能總長只有2米(B2+C2段)，這樣做成的環(huán)經(jīng)測試其精度位置誤差超過10%。所以，迫切需要提高這種傳感光纖環(huán)的抗干擾性。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種抗干擾傳感光纖及具有該傳感光纖的傳感光纖環(huán)，可以抑制變速螺旋段光纖對磁場的敏感性，提高傳感光纖環(huán)的抗干擾性。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種抗干擾傳感光纖，所述傳感光纖為雙折射保偏光纖，所述雙折射保偏光纖依次包括一不螺旋段、一變速螺旋段和勻速螺旋段，所述勻速螺旋段的末端面具有反射膜，所述變速螺旋段的外部具有一磁場屏蔽管。優(yōu)選的，所述變速螺旋段的全部位于磁場屏蔽管內(nèi)。進一步的，所述磁場屏蔽管的長度等于或大于傳感光纖中變速螺旋段的長度。此外優(yōu)選的，所述變速螺旋段的部分位于磁場屏蔽管內(nèi)。為解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供一種傳感光纖環(huán)，所述傳感光纖環(huán)由一抗干擾傳感光纖繞制而成，所述傳感光纖為雙折射保偏光纖，所述雙折射保偏光纖依次包括一不螺旋段、一變速螺旋段和勻速螺旋段，所述勻速螺旋段的末端面具有反射膜，所述變速螺旋段的外部具有一磁場屏蔽管；所述勻速螺旋段的末端光纖緊靠在磁場屏蔽管的外側(cè)，且末端面的反射膜與磁場屏蔽管的末端面對齊。優(yōu)選的，所述傳感光纖的變速螺旋段的全部位于磁場屏蔽管內(nèi)。所述磁場屏蔽管的長度等于或大于傳感光纖中變速螺旋段的長度。此外優(yōu)選的，所述傳感光纖的變速螺旋段的部分位于磁場屏蔽管內(nèi)。進一步的，所述傳感光纖的勻速螺旋段繞為環(huán)狀。為小型化整個傳感光纖環(huán)，磁場
屏蔽管可加工為彎管。本實用新型在現(xiàn)有的傳感光纖外設(shè)有磁場屏蔽管，該磁場屏蔽管位于變速螺旋段夕卜，該結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以完全抑制變速螺旋段光纖對磁場的敏感性，使其特性等效于不螺旋段的特性，提高精度和傳感光纖環(huán)的抗干擾性。

圖I是現(xiàn)有電流傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是具有變速螺旋段的雙折射電流傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實用新型的抗干擾傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是利用抗干擾傳感光纖制成的傳感光纖環(huán)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明。本實用新型的抗干擾傳感光纖為雙折射保偏光纖，這根雙折射保偏光纖依次包括一不螺旋段A2、一變速螺旋段B2和勻速螺旋段C2，勻速螺旋段C2的末端面具有反射膜，如圖2所示。將傳感光纖套入磁場屏蔽管B3內(nèi)，并盡可能確保覆蓋住變速螺旋段B2的光纖，如圖3所示。用帶有磁場屏蔽管B3的抗干擾傳感光纖制成的傳感光纖環(huán)一般如圖4所示，用勻速螺旋段C2繞制成傳感環(huán)，勻速螺旋段C2的末端光纖要盡可能緊靠磁場屏蔽管B3的外側(cè)，同時確保反射膜與磁場屏蔽管B3的末端面盡可能的齊平(如圖所示)，可完全達到抗干擾的要求。圖4中只畫一圈，實際可以根據(jù)需要繞制為多圈。為使整個傳感光纖環(huán)小型化，磁場屏蔽管也可以預(yù)先做成特定的彎管。使用磁屏蔽的方法可以完全抑制傳感光纖中變速螺旋段B2對磁場的敏感性，只要磁場屏蔽管B3的長度大于等于變速螺旋段B2的長度即可，那么它的特性就等效于不螺旋段A2的特性。當(dāng)然，磁場屏蔽管B3也可以位于變速螺旋段B2的部分位置外，由于所述變速螺旋段的螺旋速率逐漸增大，因此可以根據(jù)實際需要將磁場屏蔽管B3套于部分變速螺旋段外部，使其制成的傳感光纖環(huán)的抗干擾特性達到電力系統(tǒng)要求，如套于螺旋速率大于一定值的變速螺旋段后側(cè)部分。磁場屏蔽管B3的內(nèi)徑和壁厚直接影響屏蔽的效果，且具有磁場屏蔽特性的材料很多，具體需要可以根據(jù)實際應(yīng)用，結(jié)合經(jīng)濟性和抗干擾精度要求來選材和設(shè)置內(nèi)徑壁厚。本實用新型在現(xiàn)有的傳感光纖外設(shè)有磁場屏蔽管，該磁場屏蔽管位于變速螺旋段夕卜，該結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以完全抑制變速螺旋段光纖對磁場的敏感性，使其特性等效于不螺旋段的特性，提高精度和傳感光纖環(huán)的抗干擾性，所述傳感光纖環(huán)適用于反射式全光纖電流傳感器中。以上通過具體實施例對本實用新型的內(nèi)容進行了詳細的說明，但這些并非構(gòu)成對本實用新型的限制。對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型的保護范圍還包括那些在不脫離本實用新型原理的情況下所作出的各種變形和改進。
權(quán)利要求1.ー種抗干擾傳感光纖，所述傳感光纖為雙折射保偏光纖，所述雙折射保偏光纖依次包括ー不螺旋段、ー變速螺旋段和勻速螺旋段，所述勻速螺旋段的末端面具有反射膜，其特征在于所述變速螺旋段的外部具有ー磁場屏蔽管。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗干擾傳感光纖，其特征在于所述變速螺旋段的全部位于磁場屏蔽管內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗干擾傳感光纖，其特征在于所述磁場屏蔽管的長度等于或大于傳感光纖中變速螺旋段的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的抗干擾傳感光纖，其特征在于所述變速螺旋段的部分位于磁場屏蔽管內(nèi)。
5.—種傳感光纖環(huán),其特征在于 所述傳感光纖環(huán)由ー抗干擾傳感光纖繞制而成，所述傳感光纖為雙折射保偏光纖，所述雙折射保偏光纖依次包括ー不螺旋段、ー變速螺旋段和勻速螺旋段，所述勻速螺旋段的末端面具有反射膜，所述變速螺旋段的外部具有ー磁場屏蔽管； 所述勻速螺旋段的末端光纖緊靠在磁場屏蔽管的外側(cè)，且末端面的反射膜與磁場屏蔽管的末端面對齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感光纖環(huán)，其特征在于所述傳感光纖的變速螺旋段的全部位于磁場屏蔽管內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的傳感光纖環(huán)，其特征在于所述磁場屏蔽管的長度等于或大于傳感光纖中變速螺旋段的長度。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感光纖環(huán)，其特征在于所述傳感光纖的變速螺旋段的部分位于磁場屏蔽管內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感光纖環(huán)，其特征在于所述傳感光纖環(huán)中的磁場屏蔽管為 彎管。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的傳感光纖環(huán)，其特征在于所述傳感光纖的勻速螺旋段繞為環(huán)狀。
專利摘要本實用新型公開了一種抗干擾傳感光纖，所述傳感光纖為雙折射保偏光纖，所述雙折射保偏光纖依次包括一不螺旋段、一變速螺旋段和勻速螺旋段，所述勻速螺旋段的末端面具有反射膜，所述變速螺旋段的外部具有一磁場屏蔽管。本實用新型還公開一種由前述傳感光纖繞制的傳感光纖環(huán)，所述勻速螺旋段的末端光纖緊靠在磁場屏蔽管的外側(cè)，且末端面的反射膜與磁場屏蔽管的末端面對齊。本實用新型在現(xiàn)有的傳感光纖外設(shè)有磁場屏蔽管，該磁場屏蔽管位于變速螺旋段外，該結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，可以完全抑制變速螺旋段光纖對磁場的敏感性，使其特性等效于不螺旋段的特性，提高了精度和傳感光纖環(huán)的抗干擾性。
文檔編號G02B6/024GK202614975SQ201220273939
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月11日
發(fā)明者黃勇, 周東平 申請人:上海康闊光通信技術(shù)有限公司