[发明专利]一种全光纤四分之一波片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电领域，特别属于一种全光纤型的四分之一波片的制作方法。

背景技术

互感器是输电线路中不可缺少的重要设备，其作用就是按一定的比例关系将输电线路上的高电压和大电流数值降到可以用仪表直接测量的标准数值，以便于用仪表直接进行测量；此外，互感器除用作测量外还可以作继电保护器。

传统的电流互感器其结构基本与变压器相似，都具有体积大、重量大、成本高、维护难、磁饱和、动态范围小等缺点，难以满足新一代电力系统自动化、电网数字化的发展需要，因此当解决光纤传感技术发展的桎梏后，全光纤结构干涉仪式电流互感器成为各国互感器开发研究的重点。

全光纤结构干涉仪式电流互感器，由光电单元、光纤电流感应单元和信号处理单元连接构成；其中光电单元用于产生用于检测的光信号，并且接受载有电场信息的检测光信号输出给信号处理单元；光纤电流传感单元利用光电单元产生的光信号检测流过传感线圈一次电流导体中的电流，并返回检测光信号；信号处理单元将检测光信号进行电路处理，最终输出一次电流的相关数据，交给合并单元输出。由于采用光纤等轻质材料，无需灌油，并且大量使用集成原件，因此与传统型电流互感器相比，在体积、重量上具有明显优势外，并且其性能具有以下优点：

1.动态范围大，适于精确测量；电流互感器具有很宽的动态范围，其额定电流可测到几安培到几千安培，保护电路更是可达到几万安培。这样的动态范围使得一个电流互感器即可替代传统型需要多个互感器以满足测量和保护的要求；

2.频率响应范围宽；经试验证明光纤电流互感器能测出高压电线上的谐波，还能进行电流暂态、高频大电流和直流的测量；

3.能够实现数字、模拟双输出，满足现代电网数字化、智能化、自动化发展的需要。

需要特别指出的是光电单元产生的光信号为线偏振光，在进入位于电流互感器高压区的光纤传感线圈前，需要一组原件将传输光路中的线偏振光和传感头中的圆偏振光进行相互转化，以满足在电场中圆偏振光受到Faraday作用产生相位延迟，获得相关的一次电流信息。这个原件就是四分之一波片，是光纤电流互感器的关键器件。

传统的四分之一波片都是由分立元件或者单轴晶体制成的，他们对于全光纤结构的电流互感器应用具有两个无法解决的弱点：首先，他们难以与光纤连接，难以接入全光纤结构的光路部分；其次他们体积大，难于接入光纤传感头并进行工程化安装，因此全光纤电流传感器中一般不允许用分立元件来组成光路，需特制光纤四分之一波片器件的。此外，相对于传统型四分之一波片，全光纤结构的四分之一波片成本低也是一个很大的优势。

目前国外所采用的是通过高压电弧融化光纤并进行扭转45°而达到制作波片的目的，具体来说是使用椭圆芯保偏光纤做四分之一波片，先和低双折射敏感光纤焊接，然后在5cm长度内扭转45°，再进行高压打火熔融使之扭转，扭转区大约500μm，因此可适当增加长度。实际制作时可比要求的稍长，然后用焊接机的电弧加热光纤，使掺杂的锗元素渗透进包层，减弱双折射，达到精密调节的目的，可调节延迟25°。1/4拍长控制可通过加温保偏光纤改变双折射而精确控制(如图1)。这种方案虽然能够保证四分之一波片的质量，但是无论是设备复杂，成本高，并且工艺上需要参杂元素，因此可行性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种全光纤四分之一波片的制作方法，它能够在不干扰一次电流感应并且绝缘的前提下，提高测量精度，降低互感器重量和体积。

为解决上述技术问题，本发明的一种全光纤四分之一波片的制作方法，其包括如下步骤(光路为传输光纤→四分之一波片→单模光纤)：

1.光纤的选择，选择长拍长保偏光纤，以合理放大保偏光纤能够切割的波片长度；

2.波片的焊接，将光纤传输段保偏光纤与波片光纤主轴对准后，旋转45°后焊接，并可以通过消光比测试仪实时监控。当保偏光纤中所透射的光之光强最大且消光比最低时焊接成功，该物理量表征两端光纤主轴对准且透射光为圆偏振光；

3.将焊接好的光纤利用特制模具从波片端切割为四分之一拍长，并用消光比测试仪检测波片质量，若透射的光之光强最大且消光比最低，则于传感头部分单模光纤对接；

4.利用特制热缩套管对制作四分之一波片所产生的两个焊点进行保护，以保证波片能够抗氧化长时间使用。

所述步骤(2)、(3)中，焊接时可以通过消光比测试仪实时监控。

本发明的优点如下：