太阳城集团

  • / 10
  • 下载费用:30 金币  

一种抗干扰电流传感光纤及由其制成的电流传感光纤环.pdf

摘要
申请专利号:

CN201310552874.3

申请日:

2013.11.08

公开号:

太阳城集团CN103630963A

公开日:

2014.03.12

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 专利权的转移IPC(主分类):G02B 6/024登记生效日:20181105变更事项:专利权人变更前权利人:上海康阔光通信技术有限公司变更后权利人:上海康阔光智能技术有限公司变更事项:地址变更前权利人:201210 上海市浦东新区蔡伦路255号2号楼变更后权利人:201209 上海市浦东新区华东路1279号10幢|||授权|||著录事项变更IPC(主分类):G02B 6/024变更事项:发明人变更前:黄勇变更后:黄勇 彭耐 周东平 杨北宁|||实质审查的生效IPC(主分类):G02B 6/024申请日:20131108|||公开
IPC分类号: G02B6/024; G01R19/00 主分类号: G02B6/024
申请人: 上海康阔光通信技术有限公司
发明人: 黄勇
地址: 201210 上海市浦东新区蔡伦路255号2号楼
优先权:
专利代理机构: 上海浦一知识产权代理有限公司 31211 代理人: 丁纪铁
PDF完整版下载: PDF下载
法律状态
申请(专利)号:

CN201310552874.3

授权太阳城集团号:

||||||||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2018.11.23|||2016.04.13|||2014.06.11|||2014.04.09|||2014.03.12

法律状态类型:

专利申请权、专利权的转移|||授权|||著录事项变更|||实质审查的生效|||公开

摘要

本发明公开了一种抗干扰电流传感光纤,所述传感光纤为双折射保偏光纤,所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋区、一变速螺旋区和一匀速螺旋区,所述匀速螺旋区的末端面具有反射膜,所述变速螺旋区呈一环形或者二环形,且变速螺旋区的起始点和结束点在空间位置上保持重合。本发明还公开了由前述传感光纤制成的电流传感光纤环,其中匀速螺旋区的末端与变速螺旋区的起始点和结束点在空间位置上保持重合。本发明结构简单,重量轻,易于实现,可以大幅抑制变速螺旋区光纤对外界磁场的敏感性,并与电流或电场频率无关,使变速螺旋区光纤的基本特性等效于不螺旋区的光纤特性,提高了电流互感器的精度和传感光纤环的抗干扰性。

权利要求书

权利要求书
1.  一种抗干扰电流传感光纤,所述传感光纤为双折射保偏光纤,所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋区、一变速螺旋区和一匀速螺旋区,所述匀速螺旋区的末端面具有反射膜,其特征在于:所述变速螺旋区绕呈一环形或者二环形,且变速螺旋区的起始点和结束点在空间位置上保持重合。

2.  根据权利要求1所述的抗干扰电流传感光纤,其特征在于:所述变速螺旋区绕呈一环形结构,该环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤。

3.  根据权利要求1所述的抗干扰电流传感光纤,其特征在于:所述变速螺旋区为绕呈“8”形的二环形结构,每个环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤,所述二环形结构的大小相同、绕制方向相反且所含的光纤圈数相同。

4.  一种电流传感光纤环,其特征在于:所述传感光纤为双折射保偏光纤,所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋区、一变速螺旋区和一匀速螺旋区,所述匀速螺旋区的末端面具有反射膜,所述变速螺旋区绕呈一环形或者二环形,所述匀速螺旋区的末端端点与变速螺旋区的起始点和结束点在空间位置上保持重合。

5.  根据权利要求4所述的电流传感光纤环,其特征在于:所述变速螺旋区绕呈一环形结构,该环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤。

6.  根据权利要求4所述的电流传感光纤环,其特征在于:所述变速螺旋区为绕呈“8”形的二环形结构,每个环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤,所述二环形结构的绕制方向相反且大小相同并所含光纤圈数相同。

说明书

说明书一种抗干扰电流传感光纤及由其制成的电流传感光纤环
技术领域
本发明涉及一种电流传感器中的抗干扰传感光纤及传感光纤环,具体属于一种用于高压输电线路中测量电流和进行继电保护的反射式全光纤电流传感器中具有抗外界电磁干扰的传感光纤或传感光纤环。
背景技术
全光纤电流传感器(或称互感器)作为高压输电干线的关键设备之一,已受到国际电力行业越来越多的青睐和重视。国内外著名电力设备厂家,如ABB、Alstom、南瑞航天、南瑞继保、中国电科院等,上百家企业及科研单位都投入了大量的人力、物力和财力竞相研究和开发。虽然经过长达几年甚至十几年的努力,已经取得一定的成果和经验,但是,2011年在中国国家电网公司的组织下,由武汉高压研究主持对国内外主要(光纤型)电流互感器厂家所提供的互感器进行了严格测试,测试的结果表明现有的互感器离实际应用还有相当的距离和不足。除系统的电器部分抗电磁干扰性能差之外,还存在传感器的整体性能不稳定、小信号的情况下噪声大以及温度重复性差等严重的不良特征。从技术角度来讲,这些问题主要来源于传感光纤环。因此,如何设计和使用正确而且可靠的电流传感光纤环成为了一个非常核心的议题。
依据公开号为CN202614975U的实用新型专利公开的内容,由法拉第定律可以得到环内磁场对圆偏振光所产生的相位变化可表述为其中S为该光纤的有效法拉第感应系数,该系数一般与光纤的位置有关;H为磁场强度;l为沿光纤长度的积分元。假定电流传感光纤是理想均匀的,那么可以认为S与光纤的位置无关,这样环内磁场对圆偏振光所产生的相位变化可简化为而对于环外的磁场,由于磁通量等于零,即所以这种设计从理论上来讲是抗外场干扰的。
此外,如公开号为CN201589873U中所描述的具有变速螺旋区(即起转段2)的双折射电流传感光纤及其做成的环特性,该变速螺旋光纤如果去掉螺旋,实际就是一根线双折射保偏光纤。以熊猫光纤为例,具体结构如图1所示,从功能上来讲可以分为三个区,A区为保线偏振光纤,其左端一般与信号处理系统中的线保偏光纤熔接在一起;B区是 具有变速螺旋的双折射光纤,其左端螺旋速率为零,而右端螺旋速率达到设定的最高值,其长度一般在15至50公分之间;C区是螺旋速率为设定最高值的均匀螺旋的双折射光纤,其长度一般在2-20米或者更长。图1中的光纤特征已在专利文件中清楚描述,在此只作简单描述。所述B区光纤和C区光纤都具有法拉第效应,只是B区的法拉第效应随螺旋速率的增加而增加,即B区的有效法拉第感应系数是个变数,我们可以根据需要将其制作成随位置线性增加,如图1所示。而C区的法拉第效应是恒定的,即有效法拉第感应系数是个常数。如果用B区和C区光纤构成电流传感环,环内磁场对光波所产生的相位变化只能描述为因为B区光纤的归一化有效法拉第感应系数S沿B区光纤的长度是变化的。这样根据上一段的描述,环外磁场对光波所产生的相位变化这说明用这种光纤做成的电流传感光纤环是不抗外界干扰的。尽管可以通过一定的优化改善电流传感光纤环的一些抗干扰特性,但离电力系统要求千分之二的误差精度相距较远,其抗干扰特性随B区和C区的长度(假设B区光纤的长度为B,C区光纤的长度为C)之比B/C减小而增强,当B远小于C且差别在三个数量级以上,才能勉强达到电力系统要求的误差精度。
为此,专利CN202614975U提出了使用磁场屏蔽管来解决这个问题的方法,然而这种技术在实际的应用中仍存在一定的约束。第一,同一磁场屏蔽管的屏蔽能力随磁场频率的增加而增加,也就是说高频中的磁场屏蔽管的屏蔽效果较好,但对于低频特别是直流的屏蔽效果较差,这种现象就是常说的“趋肤效应”导致的,测试结果表明磁场屏蔽管即使对工频磁场屏蔽的效果达到了千分之二的精度,但是对直流而言离这样的精度还是存在很大的距离。第二,以额定工频电流为1200A为例,为实现千分之二的误差精度,磁场屏蔽管的壁厚需要2-3cm(直径达到4-6cm),以长度为35cm的磁场屏蔽管为例,光是磁场屏蔽管的重量就接近8公斤。另外,由于磁场屏蔽管的长度和直径的因素,也决定了传感光纤或传感光纤环的体积。为了解决上述几方面的不足,迫切需要有一种新的方法来改善电流传感光纤环的抗干扰性,既能不依赖于磁场的频率特性,又可以大幅减少重量和体积。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种抗干扰电流传感光纤及由其制成的电流传感光纤环,可以有效地抑制变速螺旋区光纤对磁场的敏感性,提高传感光纤环的抗干扰性, 且与磁场的频率无关。
为解决上述技术问题,本发明提供的抗干扰电流传感光纤,所述传感光纤为双折射保偏光纤,所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋区、一变速螺旋区和一匀速螺旋区,所述匀速螺旋区的末端面具有反射膜,所述变速螺旋区绕呈一环形或者二环形,且变速螺旋区的起始点和结束点在空间位置上保持重合。
进一步地,所述变速螺旋区绕呈一环形结构,该环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤。
或者进一步地,所述变速螺旋区绕呈“8”形的二环形结构,每个环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤,所述二环形结构的直径大小相同,二环形结构的绕制方向相反且所含光纤圈数相同。
本发明还提供一种电流传感光纤环,所述传感光纤为双折射保偏光纤,所述双折射保偏光纤依次包括一不螺旋区、一变速螺旋区和一匀速螺旋区,所述匀速螺旋区的末端面具有反射膜,所述变速螺旋区绕呈一环形或者二环形,所述匀速螺旋区的末端端点(即反射膜)与变速螺旋区的起始点和结束点在空间位置上保持重合。
其中进一步地,所述变速螺旋区绕呈一环形结构,该环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤。
或者进一步地,所述变速螺旋区为呈“8”形的二环形结构,每个环形结构中包括一圈或一圈以上的光纤,所述二环形结构的绕制方向相反且大小相同并所含光纤圈数相同。
本发明的传感光纤,其中变速螺旋区旋成一环形结构或者二环形结构,只要圈数足够多(对于绕成一个环形结构时通常只要3-4圈,对于绕成“8”字形的二环形结构只需1-2圈)就能达到抗干扰的要求。利用上述传感光纤制成的传感光纤环,结构简单,无需引入其它材料,易于实现,可以大幅抑制变速螺旋区光纤对磁场的敏感性,使其特性等效于不螺旋区的特性,提高了互感器的精度和传感光纤环的抗干扰性,适用于反射式全光纤电流传感器中。
附图说明
图1是现有电流传感光纤的结构示意图;
图2是变速螺旋区绕成一环形的双折射电流传感光纤的结构示意图;
图3是图2中绕成一环形的变速螺旋区受外部磁场干扰时的归一化有效法拉第感应系数的示意图;
图4是变速螺旋区绕成二环形的双折射电流传感光纤的结构示意图,其中二环形呈“8”形;
图5是图4中旋成二环形的变速螺旋区受外部磁场干扰时的归一化法拉第感应系数的示意图;
图6是由图2所示传感光纤制成的抗干扰电流传感光纤环的示意图;
图7是由图4所示传感光纤制成的抗干扰电流传感光纤环的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的抗干扰传感光纤为双折射保偏光纤,这根双折射保偏光纤依次包括一不螺旋区A区、一变速螺旋区B区和匀速螺旋区C区,匀速螺旋区C区的末端面具有反射膜,如图1所示,其中变速螺旋区B区的长度为B,匀速螺旋区C区的长度为C,其中变速螺旋区的光纤旋成环状结构(一圈或一圈以上),并确保变速螺旋区光纤的起始点和结束点在空间位置上保持重合。
以包含一圈光纤的一环形结构为例,如图2所示,该环形结构的直径一般不大于10cm,在实际的使用中,不可能有电流母线或导线穿过该环形结构,因此环内的法拉第效应系数只由外部的磁场或外部电流母线所产生的磁场引起。根据图2所示,假定环形结构右半圈的归一化有效法拉第感应系数为SB1,左半圈的归一化有效法拉第感应系数为SB2,由于只受外部磁场的影响,右半圈和左半圈的实际感应效果是反向的。由于右半圈属于变速螺旋区光纤的前一半,而左半圈属于变速螺旋区光纤的后一半,假如变速螺旋区光纤的法拉第感应系数随位置线性增加,见图1,当该变速螺旋区被绕成环形后(以一圈为例),其右半圈的归一化法拉第感应系数和左半圈的归一化法拉第感应系数如图3所示。右半圈光纤和左半圈光纤的长度各占总长度的一半,这里用B/2来表示。由于左半圈和右半圈的法拉第感应效果是相反的,故其归一化有效法拉第感应系数为SB12=SB2-SB1,这里需要说明的是,SB1与SB2均与变速螺旋区内光纤的位置有关,见图3所示。由于SB2大于SB1,综合后的法拉第效应肯定与左半圈产生的法拉第效应效果一致,已在图2中标出了SB12的方向。因此,如将长度为B的变速螺旋光纤绕制成 含一圈光纤的环形结构,结果等于将变速螺旋光纤的长度缩短成原来的一半,变速螺旋区最大的归一化有效法拉第感应系数仍与均匀螺旋区的归一化有效法拉第感应系数相同。当B区长度确定,如果环形结构内含二圈光纤,那么变速螺旋段的有效长度将缩短为原来长度的四分之一;如果包含四圈光纤,那么有效长度变为原来长度的八分之一。前面已经提到,变速螺旋区长度越短,在C区长度确定的情况下,抗干扰性就会越强。因此,通过将B区光纤绕成环形(也可称为螺旋形或弹簧形),随着环形的直径减少(圈数增加),那么做成光纤环后的抗干扰性越强。只要圈数足够多(通常只要3-4圈)就能达到抗干扰的要求,但是,圈数越多就意味着环形结构的直径越小,对光纤来说发生断裂的风险就越大,所以圈数不宜过多,能达到抗干扰要求就行。
图4为变速螺旋区的另一种旋绕方式,其中变速螺旋区绕制成“8”字的形状,相当于二环形结构,且变速螺旋区的起始点与结束点在空间位置上保持重合。二个环形结构的大小相同且满足镜像对称,并且二环形结构的光纤圈数相同且绕制方向相反,如图4所示,上面环形结构的绕制方向为逆时针,而下面环形结构的绕指方向为顺时针。假定上面一环形结构的右半圈的归一化有效法拉第感应系数为SB3,左半圈的归一化有效法拉第感应系数为SB4,下面一环形结构的右半圈的归一化有效法拉第感应系数为SB5,左半圈的归一化有效法拉第感应系数为SB6,根据对图2和图3的分析可以得到,上面环形结构的归一化有效法拉第系数可表示成SB34=SB4-SB3,而下面环形结构的归一化有效法拉第系数可表示成SB56=SB6-SB5,这里需要说明的是,SB3、SB4、SB5、SB6也均与变速螺旋区内光纤的位置有关,如图5所示。以每个环形结构只含一圈光纤为例,每个环形结构的等效变速螺旋区的长度为B/4,更重要的是,由于采用“8”字形的绕制方式,上下两环形结构产生的等效归一化法拉第效应或强度是大小相等方向相反的,这就表明,只要二个环形结构受到外部均匀磁场的干扰,那么变速螺旋区整体上就可以完全抑制外部磁场的干扰。同时,对绕制的环形结构直径要求不那么苛刻,一般在5-8公分都可以,大大降低光纤出现断裂的可能性。当然,变速螺旋区的光纤除绕成“8”字形,还可以采用其它等效的形式,只要绕制后的变速螺旋区形状如8字形,其满足镜像对称、所含光纤圈数相同且绕制方向反相即可。
由前述传感光纤制成的抗干扰的电流传感光纤环,只要保证C区末端(含反射镜)与变速螺旋区光纤的起始点和结束点在空间位置上重合即可,如图6和7所示(图示中 并非从竖直角度显示,虽然C区末端与变速螺旋区的起始点和结束点看似不重合,但实际从竖直方向看,三者在空间位置上重合),其中匀速螺旋区绕成一环形。本发明在现有的传感光纤的变速螺旋区,只要构成合适直径的环形结构就可以实现,该结构简单,无需其它材料引入,易于实现,可以大幅抑制变速螺旋区光纤对磁场的敏感性,使其特性等效于不螺旋区的特性,提高了互感器的精度和传感光纤环的抗干扰性,所述该传感光纤环适用于反射式全光纤电流传感器中。
以上通过具体实施例对本发明的内容进行了详细的说明,但这些并非构成对本发明的限制。对本领域的技术人员来说,本发明的保护范围还包括那些在不脱离本发明原理的情况下对变速螺旋区的光纤绕制形式、光纤圈数尺寸等所作出的各种变形和改进。

关 键 词:
一种 抗干扰 电流 传感 光纤 制成
  专利查询网所有资源均是用户自行上传分享,仅供网友学习交流,未经上传用户书面授权,请勿作他用。
太阳城集团本文
本文标题:一种抗干扰电流传感光纤及由其制成的电流传感光纤环.pdf
链接地址:http://zh228.com/p-6220597.html
太阳城集团我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服客服 - 联系我们

copyright@ 2017-2018 zhuanlichaxun.net网站版权所有
经营许可证编号:粤ICP备17046363号-1 
 


收起
展开
葡京赌场|welcome document.write ('');