本發(fā)明涉及光纖電流互感器技術領域，特別是指一種應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法。

背景技術：

近年來，隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，以及超高壓超高電流在運輸過程的出現(xiàn)，對智能電網(wǎng)的要求越來越高，傳統(tǒng)的電磁感應式結構已逐漸暴露出與之不相適應的弱點，全光纖電流互感器以其輕便、安全、準確等優(yōu)越的性能越來越得到行業(yè)的認可。目前，光纖電流互感器(fiber optical current transformer,FOCT)都不能完全解決外界溫度對光纖互感器精度的影響，光在光纖中傳播的雙折射現(xiàn)象也是不能徹底解決。

伴隨經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是中東部地區(qū)用電負荷和用電量的急劇增長，以及西電東輸，隨著超高壓超高電流在運輸過程的出現(xiàn)，對智能電網(wǎng)的要求越來越高。傳統(tǒng)的電磁感應式結構已逐漸暴露出與之不相適應的弱點

技術實現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法，簡單高效的制備滿足使用需要的應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒。

基于上述目的本發(fā)明提供的一種應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法，包括：

采用氣相沉積工藝制作預設纖芯折射率的初預制棒；

根據(jù)預設的光纖尺寸和所述初預制棒的芯子尺寸，得到拉絲時預制棒的外徑目標值；

根據(jù)所述拉絲時預制棒的外徑目標值，采用套棒工藝制成最終使用的預制棒。

在一些實施方式中，所述氣相沉積工藝為外汽相沉積法、汽相軸向沉積法、改良的化學氣相沉積法、等離子氣相沉積法中的一種或多種的組合。

在一些實施方式中，當所述氣相沉積工藝為外汽相沉積法時，沉積速率為20～30g/min。

從上面所述可以看出，本發(fā)明提供的應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法，能夠簡單高效的制備滿足使用需要的應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法流程圖；

圖2為磁光玻璃FR.5和FR-2的V值與溫度之間的關系圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進一步詳細說明。

本發(fā)明提供了一種應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法。參考圖1，為本發(fā)明實施例的應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法流程圖。

所述應用于光纖電流互感器的逆磁光纖芯棒制備方法，包括：

步驟1：采用氣相沉積工藝制作預設纖芯折射率的初預制棒；

步驟2：根據(jù)預設的光纖尺寸和所述初預制棒的芯子尺寸，得到拉絲時預制棒的外徑目標值；

步驟3：根據(jù)所述拉絲時預制棒的外徑目標值，采用套棒工藝制成最終使用的預制棒。

光纖電流互感器是一種基于法拉第磁光效應，并以光纖為測量和傳輸介質的電流測量設備。與傳統(tǒng)的電磁式電流互感器相比，其具有絕緣性能好、抗電磁干擾能力強、動態(tài)范圍寬、安全性高等特點。目前制約FOCT實際應用的主要因素是環(huán)境溫度和線性雙折射對其測量精度的影響，因此，設法減小環(huán)境溫度和線性雙折射的影響對FOCT的實用化具有重要意義。

研發(fā)對溫度不敏感的逆磁光纖

逆磁玻璃即玻璃中的原子沒有永久的電子軌道磁矩，在外加磁場的作用下，只會產(chǎn)生與磁場方向相反的極小的誘導磁矩。在外加磁場下，一般光學玻璃的大部分網(wǎng)絡形成體和網(wǎng)絡修飾體離子，如Si⁴⁺、Na⁺、Ca²⁺、Pb²⁺及Ba²⁺，所有的電子都以配對，具有惰性氣體的電子層結構，顯示出逆磁性。1985年，Kazuo Shiraishi等研究了逆磁玻璃FR-2和順磁玻璃FR-5在10到90℃范圍內(nèi)的Verdet常數(shù)隨溫度的變化曲線，從其繪出的圖中可以很清楚的看出，順磁玻璃FR-5的Verdet常數(shù)隨溫度變化是一條斜線，V值隨溫度增大而減小；而逆磁玻璃FR.2的Verdet常數(shù)隨溫度變化很小，幾乎是一條水平的直線，如圖2所示。

逆磁玻璃的V值除了熱膨脹的作用，受溫度影響很小，如果把逆磁玻璃做成光纖的形式，由于光纖做的很長，就會把逆磁玻璃的Verdet常數(shù)的溫度效應放大，因此應該從最基礎的玻璃組成上來降低玻璃的Verdet常數(shù)的溫度系數(shù)。我們在這個基礎上進一步研發(fā)逆磁光纖。

提高逆磁光纖的法拉第效應(Verdent常數(shù))

法拉第效應是磁場引起介質折射率變化而產(chǎn)生的旋光現(xiàn)象，實驗結果表明，光在磁場的作用下通過介質時，光波偏振面轉過的角度(磁致旋光角)與光在介質中通過的長度L及介質中磁感應強度在光傳播方向上的分量B成正比，即:

θ＝VBL

式中V稱為費爾德常數(shù)，它表征物質的磁光特性。

Borrelli N.F.16J研究了鍺硅酸鹽玻璃中不同PbO含量對玻璃Verdet常數(shù)的影響，最后得出了結論：隨著PbO含量的增加，Verdet常數(shù)會逐漸增大；而隨著入射光波長的不斷增大，Verdet常數(shù)逐漸減小。之后在1998年，c.B.Pedroso等在室溫下，對組成為Bi₂0₃.CdO.Ge0₂(BCG)及Bi₂0₃.PbO.Ge0₂.B₂0₃(BPGB)的幾種玻璃的磁光性能進行了測試。結果表明玻璃的Verdet常數(shù)隨著玻璃中重金屬氧化物的含量的增加而變大，對三元系統(tǒng)BCG隨著重金屬含量的增加，Verdet常數(shù)的增加會有一個飽和值，而對于四元系統(tǒng)BPGB卻沒有出現(xiàn)類似的飽和值。當BPGB中各組分含量為60mol％Bi₂0₃，10mol％PbO，22mol％Ge0₂，8mol％B₂0₃，玻璃有最大的V值47.09rad/T-m。

研究不同頻率的光在光纖內(nèi)的雙折射現(xiàn)象

在給定的工作波長上，只傳輸單一的基膜的光纖，稱為單模光纖。如在階躍型光纖中只傳播HE¹¹模或者LP⁰¹模。單模光纖中，LP⁰¹模有兩種正交的偏振狀態(tài)，其橫向電場分別沿x軸方向和y軸方向，分別記為LP01^x模和LP01^y模。如果光纖是理想的，即其截面為標準的同心圓，折射率分布也是理想對稱的，則這兩個正交的模式位相常數(shù)完全相等，傳輸特性完全一樣。這樣的一對模式稱為簡并模。實際的光纖纖芯的幾個形狀可能不再是標準的圓柱，纖芯的折射率也可能因內(nèi)部殘余應力、扭曲等因素的影響而非理想的軸對稱分布。這種非理想的狀態(tài)導致LP01_x模和LP01_y模的相位常數(shù)β_x和β_y不相等，從而導致這兩個正交的偏振狀態(tài)模式在傳輸過程中產(chǎn)生附加的相位差，這就是單模光纖的雙折射現(xiàn)象。單模光纖產(chǎn)生雙折射現(xiàn)象的原因大致有三種：其一是光纖纖芯的截面不是理想的圓。這種由于纖芯截面的幾何形狀的變異引起的雙折射可以稱為幾何雙折射。其二是光纖中的應力引起的雙折射，當光纖在兩個正交的方向上受到不相等的橫向應力時，光纖的折射率分布將呈各向異性，從而導致應力折射率。光纖所受到的應力主要是光纖從預制棒制作到拉絲，在到加護套，成攬等一系列工藝過程引起的。其三是由于光纖受到外加電磁場的影響，折射率分布發(fā)生變化，例如，光纖受到縱向磁場作用時將產(chǎn)生圓雙折射，光纖中兩個旋向相反的圓偏振波以不同的速度傳播。

具體實施方案包括：

逆磁玻璃制作與檢測

選取TeO₂、PbO和H₃BO₃三種化合物，H₃BO₃的摩爾比例固定為2％(H₃BO₃主要作用的粘合劑)，TeO₂和PbO按不同的比例混合均勻，放入馬弗爐中燒制，多次燒制，確定合適的溫度；同時也確定最佳TeO₂、PbO的摩爾比，打磨玻璃樣品，測試Verdet常數(shù)，以及樣品的折射率，以及膨脹系數(shù)，溫度居里點等。通過樣品每次各種參數(shù)的測試，微調(diào)熱處理的溫度和三種化合物的成份，然后確定纖芯和反射層的成份。

逆磁光纖的拉制

磁光光纖的制作方法主要一下三部分：

芯棒制備：

光纖預制棒制造技術普遍采用氣相沉積工藝，如：OVD(外汽相沉積法)、VAD(汽相軸向沉積法)、MCVD(改良的化學氣相沉積法)、PCVD(等離子氣相沉積法)四種。這些工藝大都采用“兩步法”：

第一步：通過MCVD等方法生產(chǎn)出所需要的纖芯折射率的初預制棒，也叫芯棒；

第二步：利用需要拉制的光纖尺寸，以及制得的芯棒的芯子尺寸，得到最后拉絲時預制棒的外徑，最后通過套棒等工藝制成最后的預制棒。

芯棒再處理：

在芯棒拉絲前必須對其進行處理，這主要是因為兩個原因：第一，如果芯棒符合設計尺寸，如滿足芯包比的情況下可以直接拉絲，但是拉絲前必須對芯棒進行表面處理；第二，如果芯棒的芯包比不符合光纖的設計參數(shù)，必須要對芯棒進行套棒處理。眾所周知，預拉制光纖的強度和強度分布，強烈地取決于初始光纖預制棒的質量，特別它的表面質量。由于預制棒表面存在的裂紋和雜質粒子，在高于600℃的溫度下拉成光纖后，會遺留在光纖表面，形成裂紋和微晶缺陷。因此，為克服這一問題，以制備連續(xù)長度且高強度光纖，必須在拉制工序之前，愈合和消除這些表面缺陷。

芯棒拉絲：

為防止已處理好的預制棒被“再次污染”，最好將預制棒立刻拉絲。若不能立即拉絲，則應將處理好的預制棒懸掛在無塵密封容器中，隔絕污染源。我們實驗室使用的是光纖拉絲塔。光纖預制棒的拉絲塔由五個基本部分構成：(1)光纖預制棒饋送系統(tǒng)；(2)加熱系統(tǒng)；(3)拉絲設備；(4)各參數(shù)控制系統(tǒng)；(5)水冷卻和氣體保護及控制系統(tǒng)。五者之間精確的配合構成完整拉絲工藝。具體的機械和電氣設備與系統(tǒng)包括：機械系統(tǒng)有拉絲塔架、送棒及調(diào)心裝置、石墨加熱爐、激光測徑儀、牽引裝置、水氣管路系統(tǒng)等；電氣部分有送棒控制及調(diào)心控制系統(tǒng)、加熱爐控制系統(tǒng)、外徑測控系統(tǒng)、牽引控制系統(tǒng)、冷卻水及保護氣體控制系統(tǒng)、人機界面、PLC信號處理系統(tǒng)等。利用實驗室的拉絲塔，通過調(diào)整拉絲的溫度、設置送料速度及牽引速度，就能夠將之前制得的預制棒拉制成需要的光纖。

在制備光纖預制棒時，襯底管的選擇非常重要：如果襯底管本身的OH^-1和金屬雜質含量高的話勢必會在制得的光纖中帶來較大的基底損耗。為了避免這種損耗，實驗室采用的襯底管是德國Heraeus公司生產(chǎn)的石英玻璃管，它釆用的是火焰水解法，其產(chǎn)品指標為OH<1ppm，實際生產(chǎn)的平均值僅為0.1-0.15ppm，全部金屬雜質含量約為5ppm。

盡管Heraeus管的純度己經(jīng)很高，但是經(jīng)過長時間的存放，管子內(nèi)外壁不可避免的會粘有雜質，因此在做預制棒前對襯底管的清洗顯得尤為重要。一般清洗分為氫氟酸泡洗，“清水”漂洗兩步。氫氟酸泡洗是指將Heraeus管浸入一個充滿氫氟酸的水槽，浸泡時間大概10分鐘左右。目的是把微滲透于管子內(nèi)外壁的雜質通過氫氟酸的腐燭清除掉，避免在制作預制棒期間雜質擴散至芯層部分，帶來不必要的損耗。

所屬領域的普通技術人員應當理解：以上任何實施例的討論僅為示例性的，并非旨在暗示本公開的范圍(包括權利要求)被限于這些例子；在本發(fā)明的思路下，以上實施例或者不同實施例中的技術特征之間也可以進行組合，步驟可以以任意順序實現(xiàn)，并存在如上所述的本發(fā)明的不同方面的許多其它變化，為了簡明它們沒有在細節(jié)中提供。

本發(fā)明的實施例旨在涵蓋落入所附權利要求的寬泛范圍之內(nèi)的所有這樣的替換、修改和變型。因此，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何省略、修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。