[发明专利]补偿线性双折射的全光纤电流传感器传感头及方法

说明书

本发明公开了一种补偿线性双折射的全光纤电流传感器传感头，包括支撑结构和内置在支撑结构中的电流传感单元，所述电流传感单元包括传感光纤、熔接在传感光纤一端的1/4波片及与熔接在传感光纤另一端的反射单元；光纤挡板的外径小于光纤绕线槽的直径；光纤挡板沿圆周方向均匀布置有至少四个螺栓孔，对应地，环形底板上且位于光纤绕线槽的位置处布置有锁定螺栓的螺母，螺栓穿孔光纤挡板的螺栓孔后与螺母配合。利用螺栓调整传感头本体与传感光纤之间距离，操作简单，控制精准；通过控制光纤自身的应力双折射来补偿其余双折射效应，不引入额外器件，节约成本；不改变光路结构，不影响测量结果的准确性。

技术领域

本发明涉及电流传感技术领域，具体涉及一种补偿线性双折射的全光纤电流传感器传感头及方法。

背景技术

基于法拉第效应以及安培环路定理的全光纤电流传感器，是应用光纤作为传感单元以及数据传输媒介，充分利用了光纤的电绝缘特性以及宽频响应特性，有效解决了传统电磁式电流互感器在重量、体积、低频响应、安全环保等方面的不足，并且可以输出数字信号，符合智能电网的应用需求。

相比于透射式结构，反射式结构全光纤电流传感器可以抵消一部分双折射效应而应用更加广泛。在数据处理方法上，目前全光纤电流传感器主要采用反射式Sagnac干涉结构，其具有抗干扰能力强，测量精度高等优点。但是，到目前为止，全光纤电流传感器仍存在尚未解决的问题，主要表现在光纤的双折射效应。

光纤的双折射效应影响着光纤输出线性度，准确度以及稳定性，阻碍了全光纤电流传感器的进一步发展。目前解决双折射效应的主要方法为：①是研发新的光纤材料或光纤结构，如采用火石材料制作光纤、掺杂金属制作光纤以及使用光子晶体光纤等，提升系统抗干扰能力。然而，此种方案受限于器件制作水平，尚未量产；②是采用特殊光纤处理工艺，如通过退火减少双折射效应，或者通过扭曲或者旋制光纤引入大量圆双折射来抑制线性双折射。此方案改变了光纤机械应力分布，影响了运行稳定性；③是采用反射式结构消除互易双折射，但是该方案只能消除部分线性双折射，不能完全补偿线性双折射的影响。

中国发明专利《抑制线性双折射的全光纤电流互感器传感头》(申请号202110458758.X)提出了一种抑制线性双折射的全光纤电流互感器传感头，但是该结构需要将光纤穿入毛细玻璃管。对于需求光纤长度较长的应用场景，该方法工作量巨大，且由于光纤的机械韧性问题，光纤穿入毛细玻璃管过程中存在断裂的隐患。

中国发明专利《一种抑制线性双折射对全光纤电流互感器影响的方法》(申请号200910232753.4)提出将传感光纤螺旋状缠绕在载流导体周围的圆箍上形成光纤螺线管的方法来抑制双折射。由于圆箍为闭合结构，光纤在缠绕过程中很难保证均匀分布，同时要求传感光纤在圆箍上绕的圈数小于10圈，无法应用在小电流传感领域。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术的不足，提供一种补偿线性双折射的全光纤电流传感器传感头及方法，能够简单高效的抑制线性双折射，提升全光纤电流传感器的线性度及稳定性。

为实现上述目的，本发明所设计的一种补偿线性双折射的全光纤电流传感器传感头，包括支撑结构和内置在支撑结构中的电流传感单元，所述电流传感单元包括传感光纤、熔接在传感光纤一端的1/4波片及与熔接在传感光纤另一端的反射单元；所述支撑结构包括传感头本体及光纤挡板，传感头本体包括环形底板、成型在环形底板边缘的大圆环凸台和成型在环形底板中部的小圆环凸台，大圆环凸台的内圆面与小圆环凸台的外圆面之间的区域形成光纤绕线槽，传感光纤均匀绕制后放置在光纤绕线槽内；

所述光纤挡板为圆环结构，光纤挡板的外径小于光纤绕线槽的直径；光纤挡板沿圆周方向均匀布置有至少四个螺栓孔，对应地，环形底板上且位于光纤绕线槽的位置处布置有锁定螺栓的螺母，螺栓穿孔光纤挡板的螺栓孔后与螺母配合。

进一步地，所述螺栓孔位于光纤挡板径向宽度的1/2位置处。