專利名稱：一種全光纖電流互感器傳感頭的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及傳感器領(lǐng)域，特別是涉及一種全光纖電流互感器的傳感頭。
背景技術(shù)：
國家電網(wǎng)“十二五”規(guī)劃中，數(shù)字化變電站的建設(shè)和改造工作將全面鋪開，特高壓作為我國堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的骨干網(wǎng)架，也將進(jìn)入建設(shè)高峰期。隨著電網(wǎng)的發(fā)展，目前廣泛使用的傳統(tǒng)電磁式電流互感器暴露出其致命缺陷，例如高電壓等級(jí)時(shí)絕緣極為困難、輸出為模擬量、磁飽和等，滿足不了電網(wǎng)發(fā)展戰(zhàn)略的新要求，從而急需開發(fā)出一種新型的電流測(cè)量裝置！國內(nèi)外最終把目光集中在數(shù)字化的電子式電流互感器上，其中全光纖電流互感器是技術(shù)最先進(jìn)的類型，代表目前電流互感器的發(fā)展方向。國內(nèi)外有大量單位對(duì)全光纖電流互感器展開研究，但由于技術(shù)難度較大，絕大多數(shù)單位仍停留在理論研究或?qū)嶒?yàn)嘗試階段，僅有極個(gè)別單位研制成功，達(dá)到了滿足國標(biāo)要求的0.2S級(jí)測(cè)量準(zhǔn)確度。全光纖電流互感器的研制方案借鑒了光纖陀螺技術(shù)，它們的光路結(jié)構(gòu)、檢測(cè)方法、關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容幾乎完全一樣，區(qū)別僅在于全光纖電流互感器和光纖陀螺的傳感頭不一樣，由于無法借鑒較為成熟的光纖陀螺技術(shù)，導(dǎo)致傳感頭成為全光纖電流互感器研制過程中的最大難點(diǎn)。全光纖電流互感器的傳感頭包含光纖傳感部分及其外部的保護(hù)裝置，其中光纖傳感部分包含全光纖1/4波片、傳感光纖、光纖端面反射鏡等全光纖器件，繞制在一個(gè)骨架上，用于感應(yīng)電流信息，外部的保護(hù)裝置則由絕緣材料制作而成，用于封裝和保護(hù)光纖傳感部分(全光纖器件極易損壞，不能長期暴露在空氣中)。全光纖電流互感器的最大難點(diǎn)是光纖傳感部分中傳感光纖的線性雙折射效應(yīng)，以及傳感光纖Verdet常數(shù)和光纖1/4波片相位延遲的溫度效應(yīng)，這些負(fù)面效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響互感器的工作性能，使其無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。由上所述，要研制成功全光纖電流互感器，并達(dá)到滿足國標(biāo)要求的測(cè)量準(zhǔn)確度，以及長期應(yīng)用時(shí)的可靠性和穩(wěn)定性，必須設(shè)計(jì)并制作出能解決線性雙折射、Verdet常數(shù)溫度效應(yīng)、光纖1/4波片相位延遲溫度效應(yīng)等關(guān)鍵問題的全光纖電流互感器傳感頭。專利《一種反射式光纖電流傳感器的敏感線圈的制備方法》(申請(qǐng)?zhí)枮?00810226743.5)和專利《一種全光纖電子式電流互感器敏感環(huán)》(申請(qǐng)?zhí)枮?00910237041.1)公開了一種敏感線圈的制備方法，采用該方法制備的敏感線圈對(duì)于電流互感器敏感環(huán)的制備有較大的借鑒意義，但也存在一定的缺陷:骨架上加工的溝槽為阿基米德螺旋線形狀，傳感光纖放置在溝槽內(nèi)，無法增加圓雙折射以降低線性雙折射的負(fù)面影響；骨架上的溝槽一旦加工好，其形狀和長度無法再加以調(diào)整，則溝槽內(nèi)放置的傳感光纖的長度隨之固定，無法在裝配的實(shí)際過程中實(shí)時(shí)調(diào)整；繞制光纖傳感部分的環(huán)形骨架由金屬材料加工而成，不僅重量較大，而且金屬材料的線膨脹系數(shù)與光纖不一致，在溫度效應(yīng)的影響下，會(huì)使繞制在骨架上的傳感光纖受到應(yīng)力作用(如骨架的線膨脹系數(shù)大于光纖，會(huì)對(duì)繞制在骨架上的傳感光纖產(chǎn)生一個(gè)向外擠壓的應(yīng)力，反之，如骨架的線膨脹系數(shù)小于光纖，會(huì)使光纖一定程度上脫離骨架，處于懸空狀態(tài)，同樣會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力)，使傳感光纖的線性雙折射這一負(fù)面效應(yīng)加劇；用膠固定光纖會(huì)使光纖受到應(yīng)力，影響傳感頭在變溫環(huán)境中的測(cè)量穩(wěn)定性。專利《一種光纖電流傳感器的全光纖傳感頭》(申請(qǐng)?zhí)枮?00810056485.0)公開了一種傳感頭的制備方法，具有方便實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)安裝與拆卸的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的缺陷:結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且使用了大量的零部件，給加工帶來了非常大的難度；傳感光纖纏繞在玻璃骨架和軟管上，軟管的線膨脹系數(shù)與光纖差別較大，在溫度效應(yīng)的影響下，會(huì)使繞制在上面的傳感光纖受到較大的應(yīng)力作用，使傳感光纖的線性雙折射這一負(fù)面效應(yīng)加劇。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述存在的問題，提出一種全光纖電流互感器傳感頭，能有效的消除光纖傳感部分的線性雙折射、Verdet常數(shù)溫度效應(yīng)、1/4波片相位延遲溫度效應(yīng)等各種負(fù)面影響。本發(fā)明米用如下技術(shù)方案:一種全光纖電流互感器傳感頭，包括:傳感光纖、全光纖1/4波片、光纖端面反射鏡、傳感骨架、傳感頭上蓋、傳感頭下蓋、保偏光纜；所述傳感頭上蓋和傳感頭下蓋表面設(shè)置有凹槽；所述傳感光纖、全光纖1/4波片和光纖端面反射鏡通過熔接方式構(gòu)成了全光纖電流互感器的光纖傳感部分，所述光纖傳感部分以螺旋方式均勻纏繞在所述傳感骨架上，繞制有光纖傳感部分的傳感骨架放置于傳感頭下蓋上的凹槽中，并將傳感頭上蓋、傳感頭下蓋進(jìn)行整體封裝；所述傳感頭上蓋加工有一個(gè)內(nèi)含引線孔的引線頭，所述保偏光纜作為全光纖電流互感器傳感頭的引出端，與所述光纖傳感部分連接并從弓I線孔中弓I出。在上述技術(shù)方案中，所述傳感骨架采用石英玻璃制作且為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其橫截面為圓形，表面光滑。在上述技術(shù)方案中，所述傳感頭上蓋和傳感頭下蓋為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其表面設(shè)置的凹槽也為環(huán)形。在上述技術(shù)方案中，所述凹槽的外徑大于環(huán)形傳感骨架的外徑，內(nèi)徑小于環(huán)形傳感骨架的內(nèi)徑，深度大于傳感骨架的橫截面直徑。在上述技術(shù)方案中，在所述凹槽在圓周上等距離間隔設(shè)置有數(shù)個(gè)卡槽。在上述技術(shù)方案中，在所述卡槽中設(shè)置有卡具，所述卡具用來固定傳感骨架。在上述技術(shù)方案中，所述傳感光纖為低雙折射光纖或單模光纖，并套進(jìn)石英細(xì)管中加以保護(hù)。在上述技術(shù)方案中，所述傳感頭上蓋、傳感頭下蓋采用絕緣材料制作，所述傳感頭上蓋、傳感頭下蓋通過
螺絲釘連接在一起。在上述技術(shù)方案中，所述引線孔的內(nèi)徑與所述保偏光纜的外徑一致。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:通過一系列的優(yōu)化措施，解決了目前國內(nèi)外在設(shè)計(jì)與制作全光纖電流互感器傳感頭時(shí)的難點(diǎn)，避免了各種負(fù)面效應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的不利影響，為成功研制出滿足應(yīng)用要求的全光纖電流互感器奠定了基礎(chǔ)。優(yōu)點(diǎn)一:傳感骨架和光纖傳感部分必須加以固定，以避免傳感頭內(nèi)部部件和光纖傳感部分在互感器使用過程中晃動(dòng)，從而降低互感器的穩(wěn)定性和可靠性，目前通常使用膠進(jìn)行粘貼固定，但該方式存在較大的弊端，會(huì)嚴(yán)重影響傳感頭的性能:光纖在粘貼點(diǎn)會(huì)受到應(yīng)力作用，導(dǎo)致光纖傳感部分出現(xiàn)負(fù)面的線性雙折射效應(yīng)并降低傳感頭的測(cè)量準(zhǔn)確度和變比穩(wěn)定性；光纖、骨架、膠等材料的熱膨脹系數(shù)不一致，溫度變化時(shí)會(huì)使傳感光纖受到額外的應(yīng)力作用，導(dǎo)致光纖傳感部分出現(xiàn)額外的線性雙折射效應(yīng)并降低傳感頭的溫度適應(yīng)性；長期使用過程中膠的粘性會(huì)退化，降低了傳感頭的可靠性。本發(fā)明采用了特制的卡具，不僅可以在凹槽中固定傳感骨架，還可以在螺旋纏繞光纖傳感部分時(shí)用于固定光纖，該固定方式穩(wěn)定可靠，避免了用膠固定光纖的種種弊端。優(yōu)點(diǎn)二:對(duì)于目前通常使用的傳感骨架(一般采用金屬材料制作，例如鋁合金，其熱膨脹系數(shù)相對(duì)較小)，其熱膨脹系數(shù)與光纖不一致，當(dāng)外界溫度變化時(shí)，骨架熱膨脹系數(shù)過大(向外擠壓光纖，使光纖受力)或過小(光纖環(huán)在骨架上變松并懸空垂吊，同樣會(huì)使光纖受力)均會(huì)對(duì)傳感頭的性能產(chǎn)生不利影響，本發(fā)明采用石英玻璃制作傳感骨架，該材料與光纖的熱膨脹系數(shù)一致，可大為增強(qiáng)傳感頭在外界溫度變化時(shí)的環(huán)境適應(yīng)性和測(cè)量穩(wěn)定性。優(yōu)點(diǎn)三:裸光纖在繞制時(shí)容易折斷，降低了傳感頭的制作效率，本發(fā)明中的光纖傳感部分用石英細(xì)管保護(hù)，可降低繞制難度，增大傳感頭的制作效率，此外，石英材料制作而成的細(xì)管，其熱膨脹系數(shù)與光纖一致，同樣可大為增強(qiáng)傳感頭在外界溫度變化時(shí)的環(huán)境適應(yīng)性和測(cè)量穩(wěn)定性。優(yōu)點(diǎn)四:傳統(tǒng)方式制作的傳感頭，由于骨架形狀和溝槽位置的因素，光纖傳感部分只能采用平面漸開螺旋的方式，沿圓周方向放置于環(huán)形骨架上的溝槽中，該骨架及光纖繞制方式無法有效的降低光纖傳感部分受線性雙折射的負(fù)面影響，本發(fā)明采用無溝槽的環(huán)形傳感骨架(橫截面為圓形)，并采用螺旋纏繞的方式，將光纖傳感部分均勻繞制在骨架上，該骨架及光纖繞制方式可大幅度增大光纖傳感部分的圓雙折射，以之降低甚至消除線性雙折射的負(fù)面影響，提升傳感頭及整個(gè)系統(tǒng)的性能。優(yōu)點(diǎn)伍:隨應(yīng)用場(chǎng)合的不同，傳感頭的額定工作電壓并不一致，光纖傳感部分的傳感光纖長度必須隨之進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，傳統(tǒng)方式制作的傳感頭，傳感光纖沿圓周方向放置于環(huán)形骨架上的溝槽中，傳感光纖的總長度與溝槽長度一致，溝槽一旦加工好，則傳感光纖的長度隨之固定，無法在裝配傳感頭的實(shí)際過程中實(shí)時(shí)調(diào)整，本發(fā)明采用無溝槽的環(huán)形傳感骨架(橫截面為圓形)，光纖傳感部分螺旋纏繞在骨架上，沒有纏繞圈數(shù)和各圈具體纏繞位置的限制，從而傳感光纖的長度可在裝配傳感頭的實(shí)際過程中實(shí)時(shí)調(diào)整，直至滿足額定工作電壓的要求。優(yōu)點(diǎn)六:傳感頭的引線部分使用保偏光纜，與通常采用的保偏光纖相比，具備了較大的優(yōu)勢(shì):光纜的保護(hù)套可以保護(hù)光纖，避免光纖被意外折斷，并降低光纖被空氣腐蝕氧化的程度；便于裝配，降低了傳感頭的制作難度；傳感頭感應(yīng)到的電流信息通過引線輸出給后端的信號(hào)處理單元時(shí)，光纜的保護(hù)套可降低該過程中光纖里傳輸?shù)膫鞲行畔⑹芡饨绺蓴_的影響程度。優(yōu)點(diǎn)七:傳感頭上蓋、傳感頭下蓋、底座、卡具、傳感骨架等機(jī)械部件的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工制造難度小，便于批量生產(chǎn)。優(yōu)點(diǎn)八:傳感頭上蓋和傳感頭下蓋將光纖傳感部分較好的進(jìn)行了密閉封裝，增強(qiáng)了光纖傳感部分與外界環(huán)境的溫度隔離性，降低了傳感頭受外界環(huán)境因素(尤其是溫度)的干擾程度。


本發(fā)明將通過實(shí)施例并參照附圖的方式說明，其中:
圖1是光纖陀螺的基本結(jié)構(gòu)；
圖2是反射式方案全光纖電流互感器的基本結(jié)構(gòu)；
圖3是在環(huán)形傳感骨架上螺旋纏繞光纖的示意 圖4是全光纖電流互感器傳感頭的整體結(jié)構(gòu)；
圖5是傳感頭下蓋的結(jié)構(gòu)的斜視 圖6是傳感頭下蓋的結(jié)構(gòu)的正視 圖7是傳感頭底座的結(jié)構(gòu)；
圖8是特制卡具的形狀的正視 圖9是特制卡具固定傳感骨架的示意 圖中:1-SLED光源；2_光纖起偏器；3_光電探測(cè)器；4_信號(hào)處理單兀；5_光學(xué)相位調(diào)制器；6_傳感光纖圈；7_光纖四分之一波片；8_光纖端面反射鏡；9_傳感骨架；10_通電導(dǎo)體；11-傳感頭下蓋；12-傳感頭上蓋；13-引線頭；14-螺紋孔；15-傳感頭底座；16-環(huán)狀凹槽；17_卡槽；18_卡具；19_倒立的卡具。
具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。如圖1所示，光纖陀螺主要用于測(cè)量物體的角速度，為光纖傳感技術(shù)最重要和發(fā)展最充分的應(yīng)用方向，其原理是SLED光源I產(chǎn)生寬譜光，經(jīng)光纖起偏器2起偏后輸入傳感光纖圈6，來感應(yīng)被測(cè)物體的角速度信息。包含角速度信息的光信號(hào)通過環(huán)路回到光電探測(cè)器3，轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，送入信號(hào)處理單元4中進(jìn)行運(yùn)算處理，從而得到被測(cè)物體的角速度信息，同時(shí)信號(hào)處理單元4產(chǎn)生一定參數(shù)的調(diào)制電壓，通過光學(xué)相位調(diào)制器5對(duì)光信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以提聞系統(tǒng)的檢測(cè)性能。全光纖電流互感器是測(cè)量通電導(dǎo)體中的電流大小一種技術(shù)，如圖2所示，其傳感頭包含光纖傳感部分及其外部的保護(hù)裝置，其中光纖傳感部分包含全光纖四分之一波片7、傳感光纖6、光纖端面反射鏡8等全光纖器件。全光纖電流互感器與圖1中的光纖陀螺相比，在結(jié)構(gòu)上僅有用于感應(yīng)待測(cè)電流信息的傳感頭存在區(qū)別:多了一種關(guān)鍵光學(xué)器件一光纖四分之一波片7，主要作用是產(chǎn)生p/2的相位延遲，將傳輸線路上的線偏振光轉(zhuǎn)變?yōu)橛糜趥鞲械膱A偏振光，從而利用法拉第效應(yīng)(外加磁場(chǎng)使得兩束圓偏振光在傳播一段距離后會(huì)產(chǎn)生一定的相位差，可通過測(cè)量該相位差來獲得磁場(chǎng)及產(chǎn)生磁場(chǎng)的電流信息)進(jìn)行電流檢測(cè)；多了一種關(guān)鍵光學(xué)器件一光纖端面反射鏡8，主要作用是反射回光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，以替代圖1中通過環(huán)路傳回光信號(hào)的方法；傳感光纖6需用特制的低雙折射光纖，以降低線性雙折射對(duì)系統(tǒng)造成的不利影響。全光纖電流互感器與光纖陀螺相比，除傳感頭存在區(qū)別外，兩種系統(tǒng)的信號(hào)產(chǎn)生、傳輸、處理等過程幾乎完全一樣。綜上所述，除了傳感頭外，全光纖電流互感器的光路結(jié)構(gòu)、檢測(cè)方法、關(guān)鍵技術(shù)等內(nèi)容和光纖陀螺幾乎完全一樣，但傳感頭在全光纖電流互感器中起著最關(guān)鍵的作用，由于無法借鑒目前較為成熟的光纖陀螺技術(shù)，從而導(dǎo)致該部件成為全光纖電流互感器研制過程中最大的瓶頸。全光纖電流互感器在傳感頭上的研制難點(diǎn)，也是全光纖電流互感器的最大難點(diǎn)，即是光纖傳感部分中傳感光纖6的線性雙折射效應(yīng),此外,還包括傳感光纖6的Verdet常數(shù)和光纖四分之一波片7的相位延遲這兩個(gè)參數(shù)的溫度效應(yīng)，這些負(fù)面效應(yīng)會(huì)嚴(yán)重影響互感器的工作性能，使其無法滿足實(shí)際應(yīng)用的需求。傳感光纖6的線性雙折射會(huì)造成偏振光偏振面的旋轉(zhuǎn),產(chǎn)生一個(gè)與電流法拉第效應(yīng)無法區(qū)分的誤差信號(hào)，對(duì)全光纖電流互感器的性能造成嚴(yán)重影響，使其達(dá)不到國標(biāo)要求的0.2S級(jí)，并降低了互感器在全溫(_40°C 60°C)條件下的環(huán)境適應(yīng)性，以及測(cè)量的穩(wěn)定性和可靠性，這也是全光纖電流互感器一直難以實(shí)用化的關(guān)鍵原因之一。光纖中的線性雙折射不僅可由光纖本身固有的特性引起，包含光纖制造時(shí)的非均勻性、非圓性或由光纖材料引入的內(nèi)應(yīng)力，還會(huì)由外界因素引起，包括外應(yīng)力、溫度、彎曲等因素，量化和消除線性雙折射是非常困難的，因此，在制作傳感頭以及研制互感器樣機(jī)時(shí)，傳感光纖6的線性雙折射難以完全消除，僅能盡量降低其產(chǎn)生的不利影響。根據(jù)已有的研究，對(duì)于降低線性雙折射的負(fù)面影響，最有效的措施是在傳感光纖中引入大量的圓雙折射，以抑制線性雙折射，具體的操作方法如圖3所示，在一個(gè)環(huán)形傳感骨架9上螺旋纏繞傳感光纖6(圖3僅為操作方法的示意圖，便于理解具體的繞制方式，在實(shí)際制作傳感頭時(shí)，傳感光纖應(yīng)緊貼骨架繞制)，以感應(yīng)從環(huán)形骨架中心孔中穿過的通電導(dǎo)體10上的待測(cè)電流，通過此方法可以加入大量的圓雙折射，而且該方法加入的圓雙折射不易隨溫度變化或時(shí)間推移而改變，具備較好的穩(wěn)定性和可靠性。傳感光纖6的Verdet常數(shù)是衡量其法拉第效應(yīng)的主要參數(shù)，它與全光纖電流互感器的變比成正比，根據(jù)已有的研究，磁光晶體的Verdet常數(shù)是溫度的函數(shù)。光纖四分之一波片7相位延遲的誤差(與標(biāo)準(zhǔn)值p/2相比)會(huì)使互感器的尺度因子隨之變化，使互感器的輸出不穩(wěn)定，降低了系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度，使其達(dá)不到國標(biāo)要求的0.2S級(jí)，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致互感器輸出的數(shù)據(jù)無效。光纖四分之一波片7的相位延遲也是溫度的函數(shù)，當(dāng)環(huán)境溫度改變時(shí)，波片的相位延遲是變化的，無法一直穩(wěn)定在P/2處，此外，如果波片受到應(yīng)力作用，也會(huì)對(duì)其相位延遲產(chǎn)生一定的影響。全光纖電流互感器的重要優(yōu)勢(shì)之一是其耐(電)壓能力極高，光纖高度絕緣，傳感頭的額定工作電壓僅取決于光纖傳感部分中傳感光纖的長度，并與其成正比，即如互感器需達(dá)到較高(低)的額定工作電壓，采用增大(減小)傳感光纖長度的方式即可實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明針對(duì)上述存在的問題，提出一種新型的全光纖電流互感器傳感頭，其整體結(jié)構(gòu)如圖4所示，能有效的解決光纖傳感部分的各種負(fù)面效應(yīng)，制作該傳感頭的過程主要包括以下步驟:
步驟一:加工制作傳感骨架9，用于繞制光纖傳感部分；
所述傳感骨架9為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示，可采用光學(xué)加工、機(jī)械加工或其他方式進(jìn)行制作，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作較為容易。所述傳感骨架9采用石英玻璃作為制作材料，橫截面為圓形,表面光滑。步驟二:加工制作傳感頭下蓋11和傳感頭上蓋12，用于封裝和保護(hù)光纖傳感部分；
所述傳感頭下蓋11為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其外形和具體結(jié)構(gòu)見圖4、圖5和圖6所示。所述傳感頭下蓋11的大小與傳感骨架9相匹配，其內(nèi)表面加工有一個(gè)環(huán)狀凹槽16，環(huán)狀凹槽16的外徑大于環(huán)形傳感骨架9的外徑，環(huán)狀凹槽16的內(nèi)徑小于環(huán)形傳感骨架9的內(nèi)徑，環(huán)狀凹槽16的深度大于傳感骨架9橫截面直徑的1/2。環(huán)狀凹槽16沿圓周方向相同距離處均勻加工有數(shù)個(gè)相同規(guī)格的卡槽17，同時(shí)傳感頭下蓋11的外表面上加工有數(shù)個(gè)用于固定連接的螺紋孔14。所述傳感頭上蓋12的外形和結(jié)構(gòu)與所述傳感頭下蓋11基本一致，區(qū)別僅在于多了一個(gè)內(nèi)含引線孔的引線頭13，引線孔的內(nèi)徑與保偏光纜的外徑一致，一般為3mm或
0.9mm。所述傳感頭下蓋11和所述傳感頭上蓋12的制作材料為尼龍、鋁合金、絕緣橡膠等絕緣材料，采用機(jī)械加工或其他方式進(jìn)行制作，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作較為容易。步驟三:加工制作傳感頭底座，用于放置傳感頭；
傳感頭底座的結(jié)構(gòu)如圖7所示，其上表面加工有一個(gè)圓弧形的凹槽，凹槽弧度與傳感頭下蓋11的弧度一致，凹槽寬度為傳感頭下蓋11厚度的兩倍，凹槽最大深度無嚴(yán)格的限制，超出傳感頭下蓋11外徑的1/10即可，便于如圖4所示放置封裝好的傳感頭下蓋11和傳感頭上蓋12。傳感頭底座的具體形狀及外部尺寸并無限制，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況隨意調(diào)整。傳感頭底座的制作材料為尼龍、鋁合金、絕緣橡膠等絕緣材料，采用機(jī)械加工或其他方式進(jìn)行制作。步驟四:加工制作卡具18 ；
所述卡具18的外形見圖8和圖9所示，其外形大小與所述卡槽17相匹配，其厚度與卡槽17的寬度一致，其長度為卡槽17長度的1/2，其高度為卡槽17深度的2倍，此外，如圖9所示，卡具18內(nèi)側(cè)開口大小與所述傳感骨架9的橫截面外徑一致。卡具18的制作材料為尼龍、鋁合金、絕緣橡膠等絕緣材料，可與傳感頭下蓋11和傳感頭上蓋12的制作材料相同，采用機(jī)械加工或其他方式進(jìn)行制作，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制作較為容易。所述卡具18倒立時(shí)的形狀見圖8所示，可見由于其獨(dú)特的形狀，兩個(gè)卡具可配套使用，即一個(gè)正立的卡具18和一個(gè)倒立的卡具19可相互契合,如圖9所示,共同構(gòu)成一套完整的卡具，用于固定所述傳感骨架9。步驟五:熔接光纖傳感部分，并繞制在傳感骨架9上；
所述傳感光纖6、所述全光纖1/4波片7和所述光纖端面反射鏡8通過保偏光纖熔接機(jī)(未圖不)熔接在一起，構(gòu)成了全光纖電流互感器的光纖傳感部分，再將整個(gè)光纖傳感部分套進(jìn)石英細(xì)管(未圖示)中加以保護(hù)，并如圖3所示，采用螺旋纏繞的方式，均勻并緊貼繞制在傳感骨架上，以大幅度增大光纖傳感部分的圓雙折射，從而降低甚至消除線性雙折射的負(fù)面影響。所述纏繞方式的纏繞圈數(shù)和各圈的具體位置并無限制，從而光纖傳感部分中傳感光纖的長度可在裝配傳感頭的實(shí)際過程中隨意調(diào)整，直至滿足額定工作電壓的要求。
所述傳感光纖6為低雙折射光纖或單模光纖。步驟六:熔接光纖傳感部分和保偏光纜，并從所述引線頭13中引出；
采用保偏光纜作為系統(tǒng)中傳感信號(hào)的傳輸介質(zhì)，通過保偏光纖熔接機(jī)(未圖示)，將保偏光纜和繞制在傳感骨架9上的光纖傳感部分熔接在一起，從傳感頭上蓋12的引線頭13中引出，并將光纜外部的保護(hù)套和引線孔用膠進(jìn)行粘貼，以固定光纜。所述保偏光纜為外部加有保護(hù)套的保偏光纖，保護(hù)套的外徑一般為3mm或0.9mm。步驟七:裝配傳感頭。將繞制有光纖傳感部分的傳感骨架9放置于傳感頭下蓋11 (或傳感頭上蓋12)的凹槽中，并在卡槽17處通過所述卡具18和所述卡具19固定，所述卡具18和所述卡具19對(duì)所述傳感骨架9的固定方式如圖9所示，繞制的光纖傳感部分從骨架旁邊的小孔中穿過，從而可以利用卡具在卡槽17處同時(shí)固定傳感骨架9和光纖傳感部分。在傳感頭下蓋11 (或傳感頭上蓋12)的凹槽中放置并固定好傳感骨架9及光纖傳感部分后，再用傳感頭上蓋12 (或傳感頭下蓋11)蓋住，進(jìn)行整體封裝，并在螺孔14處用螺釘進(jìn)行固定，最后放置于傳感頭底座上，如圖4所示。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征在于包括:傳感光纖、全光纖1/4波片、光纖端面反射鏡、傳感骨架、傳感頭上蓋、傳感頭下蓋、保偏光纜；所述傳感頭上蓋和傳感頭下蓋表面設(shè)置有凹槽；所述傳感光纖、全光纖1/4波片和光纖端面反射鏡通過熔接方式構(gòu)成了全光纖電流互感器的光纖傳感部分，所述光纖傳感部分以螺旋方式均勻纏繞在所述傳感骨架上，繞制有光纖傳感部分的傳感骨架放置于傳感頭下蓋上的凹槽中，并將傳感頭上蓋、傳感頭下蓋進(jìn)行整體封裝；所述傳感頭上蓋加工有一個(gè)內(nèi)含引線孔的引線頭，所述保偏光纜作為全光纖電流互感器傳感頭的引出端，與所述光纖傳感部分連接并從引線孔中引出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為所述傳感骨架采用石英玻璃制作且為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其橫截面為圓形，表面光滑。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為所述傳感頭上蓋和傳感頭下蓋為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其表面設(shè)置的凹槽也為環(huán)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為所述凹槽的外徑大于環(huán)形傳感骨架的外徑，內(nèi)徑小于環(huán)形傳感骨架的內(nèi)徑，深度大于傳感骨架的橫截面直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為在所述凹槽在圓周上等距離間隔設(shè)置有數(shù)個(gè)卡槽。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為在所述卡槽中設(shè)置有卡具，所述卡具用來固定傳感骨架。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為所述傳感光纖為低雙折射光纖或單模光纖，并套進(jìn)石英細(xì)管中加以保護(hù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為所述傳感頭上蓋、傳感頭下蓋采用絕緣材料制作，所述傳感頭上蓋、傳感頭下蓋通過 螺絲釘連接在一起。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種全光纖電流互感器傳感頭，其特征為所述引線孔的內(nèi)徑與所述保偏光纜的外徑一致。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種全光纖電流互感器傳感頭，傳感頭上蓋和傳感頭下蓋表面設(shè)置有凹槽；傳感光纖、全光纖1/4波片和光纖端面反射鏡通過熔接方式構(gòu)成了全光纖電流互感器的光纖傳感部分，以螺旋方式均勻纏繞在所述傳感骨架上，繞制有光纖傳感部分的傳感骨架放置于傳感頭下蓋的凹槽中，并將傳感頭上蓋、傳感頭下蓋進(jìn)行整體封裝；傳感頭上蓋加工有一個(gè)內(nèi)含引線孔的引線頭，保偏光纜作為全光纖電流互感器傳感頭的引出端，與光纖傳感部分連接并從引線孔中引出；本發(fā)明能有效的消除光纖傳感部分的線性雙折射、Verdet常數(shù)溫度效應(yīng)、1/4波片相位延遲溫度效應(yīng)等各種負(fù)面影響。
文檔編號(hào)G01R15/24GK103149405SQ20131008946
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月20日
發(fā)明者李建中, 李澤仁, 田建華, 溫偉峰, 張登洪, 王榮波, 周維軍 申請(qǐng)人:中國工程物理研究院流體物理研究所