CN105301302A - 一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明是一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法。包括如下步骤：1、搭建λ/4光纤波片制作的实验检测装置，产生的线偏振光作为信号光；2、熊猫保偏光纤一端与实验检测装置输出光的尾纤进行0°熔接；3、熊猫保偏光纤另一端与椭芯保偏光纤一端进行45°对轴熔接；4、采用截断法截取指定长度的椭芯保偏光纤制作λ/4光纤波片(5)；5、若λ/4光纤波片(5)满足指定要求，进行步骤6，若不满足要求，重复步骤2～4；6、λ/4光纤波片(5)输出端与带有反射镜(3)的传感光纤(4)输入端进行0°熔接；7、进行保护和固定；8、水汽干燥和光纤内部应力释放。本方法提供一种高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法，有效提高传感环圈的测量精度、稳定性和可靠性。

Description

一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法

技术领域

本发明涉及全光纤电流互感器领域，特别是一种高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法。

技术背景

智能电网建设是我国“十二五”规划中的重要基础建设项目，是我国国家战略规划的重要组成部分。所谓智能电网是将先进的传感测量技术、信息通讯技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网建设基础设施高度集成而形成的新型现代化电网。研制智能电网关键设备，是实现智能电网的必要手段。电流互感器是电网中最普遍、最基本的高压设备之一，肩负继电保护及电能计量的重要使命，其性能优劣直接关系到电能计量的准确和电力网络的安全运行，必须要求它测量准确、响应快速、并且运行稳定可靠。全光纤电流互感器由于其具有绝缘特性好、动态响应快、结构简单、频率响应范围宽、抗电磁干扰能力强、可测直流等传统互感器无法比拟的优点，在智能电网建设中具有广阔的应用前景。

全光纤电流互感器是一种Sagnac型的偏振干涉仪，基于安培定律和法拉第效应进行电流测量的，其传输与传感部分均使用光纤，具有优良的互易性和较强的抗外界环境干扰能力。它主要由光路系统和电路系统构成，其光路系统主要包括光源、耦合器、起偏器、直波导相位调制器、保偏延迟光缆、、传感环圈以及光电探测器等。它要求光在传播过程中保持特定的偏振态，而非理想的光学器件会造成偏振光之间的串扰，影响测量精度及稳定性。

传感环圈是全光纤电流互感器光路互易性设计的关键部分，一般由λ/4光纤波片、传感光纤、反射镜三部分组成。它一方面为正交的两束偏振光提供传输的闭合光路，另一方面敏感穿过其中的导线中电流周围形成的闭合磁场，在两束偏振光间形成相位差。目前，传感环圈中λ/4光纤波片制作、传感光纤线性双折射误差、传感环圈整体封装工艺等是影响全光纤电流互感器的测量精度、稳定性及可靠性的关键因素，严重制约了其在智能电网建设中的实用化进程。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法，主要包括λ/4光纤波片的精密制作方法、传感光纤的线性双折射误差抑制方法和保护措施、传感环圈的整体封装结构和方法，有效提高传感环圈的测量精度、稳定性和可靠性。

技术方案

本发明是一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中，包括如下步骤：

步骤1、搭建λ/4光纤波片制作的实验检测装置，产生的线偏振光作为信号光；

步骤2、熊猫保偏光纤一端与实验检测装置输出光的尾纤进行0°熔接；

步骤3、熊猫保偏光纤另一端与椭芯保偏光纤一端进行45°对轴熔接；

步骤4、采用截断法截取指定长度的椭芯保偏光纤制作λ/4光纤波片，并进行相位延迟和偏振度的指标测试；

步骤5、若λ/4光纤波片满足指定要求，进行步骤6，若不满足要求，重复步骤2～4；

步骤6、λ/4光纤波片输出端与带有反射镜的传感光纤4输入端进行0°熔接；

步骤7、对λ/4光纤波片、传感光纤和反射镜进行整体双层密封保护，并平行盘绕在刻有凹槽的树脂结构件底座上，进行保护和固定；

步骤8、对传感环圈整体进行高低温循环冲击，进行水汽干燥和光纤内部应力释放。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

在步骤1中，所述实验检测装置包括：SLD光源、保偏环形器、偏振态分析仪；将SLD光源的尾纤以0°熔接保偏环形器的入纤，保偏环形器的尾纤产生线偏振光。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

在步骤2中，保偏环形器以0°熔接熊猫保偏光纤的一端作为输入端，熔接时，将熊猫保偏光纤的另一端作为输出端连接偏振态分析仪的输入端，实时监测输出光的消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比和偏振度均达到最大值时，进行放电熔接。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

在步骤3中，将熊猫保偏光纤的输出端以45°对轴熔接椭芯保偏光纤的一端，首先将熊猫保偏光纤的输出端放在保偏光纤熔接机的左侧夹具上，将椭芯保偏光纤的一端放在保偏光纤熔接机的右侧夹具上，另一端接入偏振态分析仪的输入端，实时监测输出光的消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比达到最小值且偏振度达到最大值时，进行放电熔接。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

在步骤4中，以如下公式为依据截取，

即所需相位延迟为：

$\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{L_p}z$

式中：L_p是椭芯保偏光纤的拍长，z是截取光纤的长度。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

在步骤6中，熔接时，将制作好的λ/4光纤波片输出端以0°熔接传感光纤的一侧，其中传感光纤和反射镜是采用一体化封装结构，利用化学气相沉积法在传感光纤一端的端面镀上介质膜，并采用毛细管进行了防水汽保护而得到的；在保偏环形器的输出端连接有探测器，通过调节保偏光纤熔接机的马达进行手动对接，通过探测器实时监测输出光的信号强度，当强度达到最大时，将保偏光纤熔接机进行放电熔接。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

在步骤7中，传感环圈中熊猫保偏光纤、λ/4光纤波片、传感光纤和反射镜都熔接完成后，将整段光纤穿入玻璃毛细管，在两端分别用紫外固化胶进行密封保护，再在玻璃毛细管外侧用高温热缩管进行保护，并进行热固化；

传感环圈的结构件上盖和底座利用耐高温树脂材料加工制作，在结构件底座上分别刻上1.5cm宽的环形凹槽和0.5cm宽的斜凹槽，将带有双层保护套的整段光纤平绕在环形凹槽内，熊猫保偏光纤从斜凹槽中穿出，然后在环形凹槽内注满紫外固化胶将整段光纤进行固化；

最后，结构件上盖和结构件底座通过螺钉进行固定，并在结构件接触处的缝隙用紫外固化胶进行密封保护。

如上所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中：

传感环圈整体装配完成后，将其放入温箱内，使其在－40～80℃温度范围内进行高低温循环，高低温点分别保温6小时，升降温速率1℃/min，进行4～6个高低温循环冲击，进行传感环圈内部水汽干燥和光纤内部应力释放。

有益效果

本方法提供一种高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法，有效提高传感环圈的测量精度、稳定性和可靠性。

附图说明

图1所示的是本发明全光纤电流互感器传感环圈结构原理图；

图2所示的是本发明传感环圈制作方法流程示意图；

图3所示的是本发明全光纤电流互感器传感环圈光路结构原理示意图；

图4所示的是本发明全光纤电流互感器传感环圈上盖结构原理图。

其中：1－底座，2－螺钉，3－反射镜，4－传感光纤，5－λ/4光纤波片，6－环形凹槽，7－斜凹槽，8－熊猫保偏光纤，9－上盖，10－椭芯保偏光纤，11－SLD光源，12－保偏环形器，13－偏振分析仪，14－切割刀，15－光电探测器，16－玻璃毛细管，17－高温热缩管。

具体实施方式

以下，结合附图和具体实施方式，对本发明做进一步的说明。

本发明所述一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其中，传感环圈是全光纤电流互感器的敏感部位，它是基于磁场对传感环圈中传感光纤中传输的圆偏振光的法拉第效应而工作的，理想的传感环圈需要保证光在其中传播尽量以理想的圆偏振态传播，其精确度和稳定性直接影响全光纤电流互感器的精确度和稳定性。

其制作方法主要包括λ/4光纤波片的精密制作方法、传感光纤的线性双折射误差抑制方法和保护措施、传感环圈的整体封装结构和方法。

如图1所示，本发明所述传感环圈主要包括λ/4光纤波片5、传感光纤4、反射镜3三个光学器件。其原理是通过λ/4光纤波片5将两束模式正交的线偏振光分别转换为左旋和右旋圆偏振光，进入传感光纤4。在传感光纤4中，由于导线内电流产生磁场的Faraday磁光效应作用，两束圆偏振光的传播速度不同，从而产生Faraday相差。当两束圆偏振光传输到传感光纤末端时，由反射镜3发生镜面反射，两束光在模式互换左旋变右旋，右旋变左旋后沿原光路返回，Faraday效应加倍，并且在λ/4光纤波片5处再次转变为两束模式正交的线偏振光模式也互换了沿着保偏光纤8传输。

具体的，本发明所述传感环圈主要由底座1、螺钉2、反射镜3、传感光纤4、λ/4光纤波片5、环形凹槽6、斜凹槽7、熊猫保偏光纤8构成。

其中λ/4光纤波片5的主要作用是将两束正交的线偏振光转变为两束旋向相反的圆偏振光，采用椭芯保偏光纤制作，其制作主要有两大难点，分别是对轴角度和椭芯保偏光纤长度的精密控制。传感光纤4采用旋转光纤即圆偏振保持光纤，SPUN光纤，其工作原理是圆偏振光进入传感光纤4，在传感光纤4中，由于导线内电流产生磁场的Faraday磁光效应作用，两束圆偏振光的传播速度不同，从而产生Faraday相差。传感光纤4的Verdet常数随温度变化会对传感环圈的测量精度造成影响，因而需要采取措施进行抑制。

所述传感环圈中的λ/4光纤波片5的主要作用是将两束正交的线偏振光转变为两束旋向相反的圆偏振光，是传感环圈的关键器件之一。由于制造工艺与环境变化等因素的影响，将导致波片的非理想化，从而引入一定的误差，进而对互感器系统的测量精度和稳定性造成影响。具体表现为两点：第一，熊猫保偏光纤8与椭芯保偏光纤10的45°对轴熔接存在一定误差；第二，λ/4光纤波片5的长度即相位延迟角度很难精密控制。

所述传感环圈中的传感光纤4和反射镜3采用一体化的结构设计。利用化学气相沉积法在传感光纤一端的端面镀上介质膜，并采用毛细管进行了防水汽保护，增强了反射镜的可靠性，并保证反射镜的反射率在95％以上。相比传感光纤和反射镜是独立的光学器件而言，这样就减少了一个光纤熔接点，有效减少了光路损耗，避免了光纤熔接点给传感环圈可靠性带来的影响。

所述传感光纤4采用旋转光纤即圆偏振保持光纤，SPUN光纤，该光纤具有较好的一致性，内部没有旋转引起的内部残留应力，光纤包层产生的压力有较高的内部双折射，能够有效地抵消其他压力或者弯曲产生的偏振误差，并且便于盘绕成各种形状，制作不同结构的传感环圈。

本发明所述传感环圈的制作方法利用了光纤电流互感器误差自补偿技术。具体原理如下：当传感环圈处于变温环境下，λ/4光纤波片和传感光纤均会对全光纤电流互感器的输出产生影响，从而影响系统的测量精度，具体表现为互感器的标度因素变化：

$K=\frac{4V\left(T\right)N}{\sin \mathrm{\δ}\left(T\right)\sin 2\mathrm{\θ}}=\frac{1}{\sin \mathrm{\δ}\left(T\right)}\×\frac{V\left(T\right)}{V_0}\×\frac{4V_{0}N}{\sin 2\mathrm{\θ}}---\left(1\right)$

其中，V₀为20℃时传感光纤的Verdet常数，V(T)为T℃时传感光纤的Verdet常数，δ(T)为T℃时λ/4光纤波片的相位延迟，θ为对轴角度，一般取45°。

在不同温度下，Verdet常数变化规律为：

在不同温度下，波片相位延迟变化规律为：

δ(T)＝δ₀×[1+α(T-T₀)](3)

其中，δ₀为T₀(20℃)温度时波片的相位延迟，α为波片相位延迟温度变化率，且α＝-3.89×10^-4℃^-1。

因此，全光纤电流互感器标度因素受传感光纤Verdet常数影响的比例项为受λ/4光纤波片影响的比例项为由(1)(3)式可知，λ/4光纤波片的相位延迟与温度之间为线性关系，且随温度升高而减小，变温过程中λ/4光纤波片相位延迟始终大于90°，则互感器的标度因素随着温度升高而减小；由(1)(2)式可知，传感光纤的Verdet常数具有正温度系数，随着温度升高而增大，互感器的标度因素也相应地随温度升高而增大。因此，选择合适λ/4光纤波片的相位延迟的工作区间，即制作合适长度的λ/4光纤波片，使其对互感器标度因素的影响和传感光纤的Verdet常数随温度变化造成的互感器标度因素的影响相反，二者相互补偿，从而减小互感器的标度因素误差，提高系统测量精度。

本发明所述高精度全光纤电流互感器传感环圈的制作方法主要包括λ/4光纤波片5的精密制作方法、传感光纤4的双折射误差抑制和传感环圈的整体封装方法。传感环圈制作方法流程示意图如图2所示，整个过程采用滕仓保偏光纤熔接机进行手动光纤熔接。

本发明所述全光纤电流互感器传感环圈制作方法，具体而言，包括以下步骤：

(1)搭建λ/4光纤波片制作的实验检测装置，产生的线偏振光作为信号光；

(2)熊猫保偏光纤一端与实验检测装置输出光的尾纤进行0°熔接；

如图2(a)所示，搭建λ/4光纤波片5制作的实验检测装置，将SLD光源11的尾纤以0°熔接保偏环形器12的入纤，并保证其消光比大于35dB，输出线偏振光。将保偏环形器12的尾纤以0°熔接熊猫保偏光纤8的一端作为输入端，熔接时，通过将熊猫保偏光纤8的另一端作为输出端连接偏振态分析仪13的输入端，实时监测输出光的消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比和偏振度均达到最大值时，进行放电熔接。

(3)熊猫保偏光纤另一端与椭芯保偏光纤一端进行45°对轴熔接；

如图2b所示，将熊猫保偏光纤8的输出端以45°对轴熔接椭芯保偏光纤10的一端，首先将熊猫保偏光纤8的输出端放在保偏光纤熔接机的左侧夹具上，将椭芯保偏光纤10的一端放在保偏光纤熔接机的右侧夹具上，另一端接入偏振态分析仪13的输入端，实时监测输出光的消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比达到最小值接近0且偏振度均达到最大值时，进行放电熔接。

(4)采用截断法截取一定长度的椭芯保偏光纤制作λ/4光纤波片，并进行指标测试；

如图2c所示，通过截断法截取一定长度的椭芯保偏光纤10制作λ/4光纤波片5。

λ/4光纤波片5长度的选取主要需要考虑传感光纤4的Verdet常数随温度的影响。

步骤中将利用光纤电流互感器误差自补偿技术原理确定需要截取的椭芯保偏光纤10的长度，即控制λ/4光纤波片5的相位延迟。具体原理为：当传感环圈处于变温环境下，λ/4光纤波片和传感光纤均会对全光纤电流互感器的输出产生影响，从而影响系统的测量精度，具体表现为互感器的标度因素变化：

$K=\frac{4V\left(T\right)N}{\sin \mathrm{\δ}\left(T\right)\sin 2\mathrm{\θ}}=\frac{1}{\sin \mathrm{\δ}\left(T\right)}\×\frac{V\left(T\right)}{V_0}\×\frac{4V_{0}N}{\sin 2\mathrm{\θ}}---\left(4\right)$

其中，V₀为20℃时传感光纤的Verdet常数，V(T)为T℃时传感光纤的Verdet常数，δ(T)为T℃时λ/4光纤波片的相位延迟，θ为对轴角度，一般取45°。

在不同温度下，Verdet常数变化规律为：

在不同温度下，波片相位延迟变化规律为：

δ(T)＝δ₀×[1+α(T-T₀)](6)

其中，δ₀为T₀(20℃)温度时波片的相位延迟，α为波片相位延迟温度变化率，且α＝-3.89×10^-4℃^-1。

因此，由(4)(6)式可知，λ/4光纤波片5的相位延迟与温度之间为线性关系，且随温度升高而减小，变温过程中λ/4光纤波片5的相位延迟始终大于90°，则互感器的标度因素随着温度升高而减小；由(4)(5)式可知，传感光纤4的Verdet常数具有正温度系数，随着温度升高而增大，互感器的标度因素也相应地随温度升高而增大。因此，选择合适λ/4光纤波片5的相位延迟的工作区间，即制作合适长度的λ/4光纤波片5，使其对互感器标度因素的影响和传感光纤4的Verdet常数随温度变化造成的互感器标度因素的影响相反，二者相互补偿，从而减小互感器的标度因素误差，提高互感器系统测量精度。

例如，通过确保传感光纤4的长度为25m，保证λ/4光纤波片5的长度为2.27mm，满足初始相位δ₀＝95°，温度在-40℃～70℃范围内变化时，当只有λ/4光纤波片5受温度影响时，互感器的标度因素受温度影响的误差为0.745％；当只有传感光纤4的Verdet常数受温度影响时，互感器的标度因素受温度影响的误差为－0.682％；当互感器受传感光纤4和λ/4光纤波片5两者同时影响时，两者相互补偿后，互感器的标度因素受温度影响的误差为0.106％，补偿效果显著。

如图2c所示，通过公式(4)(5)(6)仿真计算得出λ/4光纤波片5的长度，将熔接好椭芯保偏光纤10的熊猫保偏光纤8的夹具从保偏光纤熔接机上取下，利用带有微位移控制机构的光纤切割刀截取所需要长度的椭芯保偏光纤10，所用光纤切割刀基于特定保偏光纤熔接机而制作，保证测量精度为10μm即可。

然后通过偏振态分析仪13检测λ/4光纤波片5的相位延迟和偏振度，保证常温时的相位延迟在93.6°～98.4°范围内，偏振度大于95％。如果20℃时椭芯保偏光纤10的拍长为8mm，则λ/4光纤波片5的长度需要控制在2.13±0.05mm；如果20℃时椭芯保偏光纤10的拍长为16mm，则λ/4光纤波片5的长度需要控制在4.18±0.05mm。

(5)若λ/4光纤波片满足要求，进行步骤6，若不满足要求，重复步骤2～4；

(6)λ/4光纤波片输出端与带有反射镜的传感光纤输入端进行0°熔接，并监测光电探测器的输出信号；

如图2d所示，将制作好的λ/4光纤波片5输出端以0°熔接传感光纤4的一侧，其中传感光纤4和反射镜3是采用一体化封装结构，利用化学气相沉积法在传感光纤4一端的端面镀上介质膜，并采用毛细管进行了防水汽保护。参照图2d搭建的检测装置，在保偏环形器12的输出端连接有探测器15，通过调节保偏光纤熔接机的马达进行手动对接，通过探测器15实时监测输出光的信号强度，当强度达到最大时，将保偏光纤熔接机进行放电熔接。

(7)对λ/4光纤波片、传感光纤和反射镜进行整体双层密封保护，并平行盘绕在刻有凹槽的树脂结构件底座上，进行保护和固定；

如图3所示，传感环圈中熊猫保偏光纤8、λ/4光纤波片5、传感光纤4和反射镜3都熔接完成后，将整段光纤穿入玻璃毛细管16，在两端分别用紫外固化胶进行密封保护，再在玻璃毛细管16外侧用高温热缩管17进行保护，并进行热固化，达到对传感环圈中整段光纤进行双层保护的效果。传感环圈的结构件上盖9和底座1均利用耐高温树脂材料加工制作，可以有效解决传感环圈在高压侧的绝缘问题。如图1所示，在结构件底座1上分别刻上1.5cm宽的环形凹槽6和0.5cm宽的斜凹槽7，将带有双层保护套的整段光纤平绕在环形凹槽6内，熊猫保偏光纤8从斜凹槽7中穿出，然后在环形凹槽6内注满紫外固化胶将整段光纤进行固化，提高传感环圈的可靠性。最后，将图4所示的结构件上盖9和图1所示的结构件底座1通过螺钉2进行固定，并在结构件接触处的缝隙用紫外固化胶进行密封保护，防止沙尘和水汽进入内侧，影响传感环圈的测量精度和可靠性。

(8)对传感环圈整体进行高低温循环冲击，进行水汽干燥和释放光纤内部应力；

传感环圈整体装配完成后，将其放入温箱内，使其在－40～80℃温度范围内进行高低温循环，高低温点分别保温6小时，升降温速率1℃/min，进行4～6个高低温循环冲击，进行传感环圈内部水汽干燥和光纤内部应力释放，从而提高传感环圈的稳定性和可靠性。

以下，是上述步骤中需要进行注意的技术点。

本发明所述步骤1中λ/4光纤波片5制作的实验检测装置主要包括超辐射发光二极管SLD光源11、保偏环形器12和偏振态分析仪13。SLD光源11发出的光经过保偏环形器12后，变为线偏振光，作为传感环圈制作过程中检测装置的信号光，其中保证保偏环形器12的消光比大于35dB,输出信号光的消光比大于30dB。

本发明所述步骤2采用手动光纤熔接的方式进行光纤熔接，使得熊猫保偏光纤8一端与实验检测装置输出光的尾纤进行0°熔接。用偏振态分析13实时监测输出偏振光的消光比和偏振度，当消光比和偏振度达到最大值时放电熔接，使输出光保持较好的偏振态特性。

本发明所述步骤3采用手动光纤对准的方法将熊猫保偏光纤8另一端与椭芯保偏光纤10一端进行45°对轴熔接，利用偏振态分析仪13实时监测输出偏振光的消光比和偏振度，当消光比达到最小接近0dB且偏振度达到最大时放电熔接，这样可以提高45°对轴熔接的准确性，减少由于波片对轴角度误差影响传感环圈的精度。

本发明所述步骤4采用截断法截取合适长度的椭芯保偏光纤10来制作λ/4光纤波片5，得到所需要的相位延迟来制作λ/4光纤波片5。所述椭芯保偏光纤10的高双折射属于几何型，在变温时温度性能比熊猫保偏光纤好，其相位延迟温度系数为-3.89×10^-4℃^-1。

其原理为：由于椭芯保偏光纤中存在双折射，偏振光在保偏光纤中传输时，其两个模式之间的相位延迟为：

$\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{L_p}z$

式中：L_p是椭芯保偏光纤的拍长，z是截取光纤的长度。

因而，就可以制作λ/4光纤波片，得到所需要的相位延迟。由于保偏光纤拍长较短且不易精确测量，一般是8～20mm，故制作时截取长度很难精密控制，可能需要反复进行。

本发明依据上述全光纤电流互感器误差自补偿技术原理，仿真计算出所需要的光纤波片长度。利用带有微位移控制机构的光纤切割刀14截取所需要长度的椭芯保偏光纤10，所用光纤切割刀14是基于特定保偏光纤熔接机而制作的，其测量精度为10μm。然后通过偏振态分析仪13检测λ/4光纤波片的相位延迟和偏振度，保证常温时的相位延迟在93.6°～98.4°范围内，偏振度大于95％。这样就可以有效抑制传感光纤4的Verdet常数对互感器标度因素的影响，提高传感环圈的精度。

本发明所述步骤6通过实时监测光电探测器15的信号强度，将光纤波片5和传感光纤4利用手动光纤熔接的方式，确保干涉强度达到最大。这样有效减少了光纤熔接点给光路带来的损耗。

本发明所述步骤7通过对λ/4光纤波片5、传感光纤4和反射镜3进行整段光纤双层密封保护，如图3所示。在湿度小于20％的洁净环境下将整段光纤穿入玻璃毛细管16，并在两端利用紫外固化胶进行密封保护；然后在玻璃毛细管16外层用高温热缩管17进行保护，并进行热缩固化，有效提高了传感环圈的可靠性。

本发明传感环圈的结构件底座1和上盖9采用耐高温树脂材料，有效解决了传感环圈在高压侧的绝缘问题。底座里面刻有1.5cm宽的环形凹槽6，将热缩固化后的整段光纤平绕在凹槽内，并用紫外固化胶将其固化，有效提高了传感环圈的可靠性。

本发明所述步骤8通过将传感环圈放入温箱内，使其在－40～80℃温度范围内进行高低温循环，高低温点分别保温6小时，升降温速率1℃/min，进行4～6个循环，进行传感环圈内部水汽高燥和光纤内部应力释放，从而提高传感环圈的稳定性和可靠性。

虽然通过上述实施例对本发明所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法进行了详细的说明，但是上述说明并不是对本发明的限定，在不脱离本发明的主旨的范围内，可以进行各种变形和变更，例如，最优化的方法可以在现有技术的各种方法中选择。

Claims (8)

1.一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1、搭建λ/4光纤波片制作的实验检测装置，产生的线偏振光作为信号光；

步骤2、熊猫保偏光纤一端与实验检测装置输出光的尾纤进行0°熔接；

步骤3、熊猫保偏光纤另一端与椭芯保偏光纤一端进行45°对轴熔接；

步骤4、采用截断法截取指定长度的椭芯保偏光纤制作λ/4光纤波片(5)，并进行相位延迟和偏振度的指标测试；

步骤5、若λ/4光纤波片(5)满足指定要求，进行步骤6，若不满足要求，重复步骤2～4；

步骤6、λ/4光纤波片(5)输出端与带有反射镜(3)的传感光纤(4)输入端进行0°熔接；

步骤7、对λ/4光纤波片(5)、传感光纤(4)和反射镜(3)进行整体双层密封保护，并平行盘绕在刻有凹槽的树脂结构件底座上，进行保护和固定；

步骤8、对传感环圈整体进行高低温循环冲击，进行水汽干燥和光纤内部应力释放。

2.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

在步骤1中，所述实验检测装置包括：SLD光源(11)、保偏环形器(12)、偏振态分析仪(13)；将SLD光源(11)的尾纤以0°熔接保偏环形器(12)的入纤，保偏环形器(12)的尾纤产生线偏振光。

3.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

在步骤2中，保偏环形器(12)以0°熔接熊猫保偏光纤(8)的一端作为输入端，熔接时，将熊猫保偏光纤(8)的另一端作为输出端连接偏振态分析仪(13)的输入端，实时监测输出光的消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比和偏振度均达到最大值时，进行放电熔接。

4.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

在步骤3中，将熊猫保偏光纤(8)的输出端以45°对轴熔接椭芯保偏光纤(10)的一端，首先将熊猫保偏光纤(8)的输出端放在保偏光纤熔接机的左侧夹具上，将椭芯保偏光纤(10)的一端放在保偏光纤熔接机的右侧夹具上，另一端接入偏振态分析仪(13)的输入端，实时监测输出光的消光比和偏振度，通过调节熔接机的马达进行手动对接，当消光比达到最小值且偏振度达到最大值时，进行放电熔接。

5.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

在步骤4中，以如下公式为依据截取，

即所需相位延迟为：

$\mathrm{\δ}=\frac{2\mathrm{\π}}{L_p}z$

式中：L_p是椭芯保偏光纤的拍长，z是截取光纤的长度。

6.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

在步骤6中，熔接时，将制作好的λ/4光纤波片(5)输出端以0°熔接传感光纤(4)的一侧，其中传感光纤(4)和反射镜(3)是采用一体化封装结构，利用化学气相沉积法在传感光纤(4)一端的端面镀上介质膜，并采用毛细管进行了防水汽保护而得到的；在保偏环形器(12)的输出端连接有探测器(15)，通过调节保偏光纤熔接机的马达进行手动对接，通过探测器(15)实时监测输出光的信号强度，当强度达到最大时，将保偏光纤熔接机进行放电熔接。

7.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

在步骤7中，传感环圈中熊猫保偏光纤(8)、λ/4光纤波片(5)、传感光纤(4)和反射镜(3)都熔接完成后，将整段光纤穿入玻璃毛细管(16)，在两端分别用紫外固化胶进行密封保护，再在玻璃毛细管(16)外侧用高温热缩管(17)进行保护，并进行热固化；

传感环圈的结构件上盖(9)和底座(1)利用耐高温树脂材料加工制作，在结构件底座(1)上分别刻上1.5cm宽的环形凹槽(6)和0.5cm宽的斜凹槽(7)，将带有双层保护套的整段光纤平绕在环形凹槽(6)内，熊猫保偏光纤(8)从斜凹槽(7)中穿出，然后在环形凹槽(6)内注满紫外固化胶将整段光纤进行固化；

最后，结构件上盖(9)和结构件底座(1)通过螺钉(2)进行固定，并在结构件接触处的缝隙用紫外固化胶进行密封保护。

8.如权利要求1所述的一种高精度全光纤电流互感器传感环圈制作方法，其特征在于：

传感环圈整体装配完成后，将其放入温箱内，使其在－40～80℃温度范围内进行高低温循环，高低温点分别保温6小时，升降温速率1℃/min，进行4～6个高低温循环冲击，进行传感环圈内部水汽干燥和光纤内部应力释放。