一种传感环结构的制作方法

1.本实用新型涉及电流互感器技术领域，尤其涉及一种传感环结构。


背景技术：

2.光纤式电流互感器的传感组件是内含传感光纤和光器件的传感环。被测量电流的载流导体穿过传感环，实现基于法拉第磁光效应的光的偏振面旋转，从而计算出被测电流大小。传感环内的多冗余传感光纤组件在传感环内的封装是传感器的技术重点。其涉及到单一传感环的配置下，传感环容纳光纤组件的数量、光纤束内部和光纤组件之间的互相影响性、光纤组件的长期稳定性等主要指标。
3.由于光纤式电流互感器的应用需要多路输出用于继电保护，一般光纤式电流互感器均配有2到4组传感光纤组件，需要考虑在单一传感环内放置这些光纤组件，每一光纤组件是由几十匝传感光纤组成的光纤线圈。常规方案一般将几个光纤组件并列叠放在一个大的传感环中，或者给每个光纤组件设置一个独立的传感环小组件，然后传感环小组件经过拼装形成大的传感环；然而，现有的方案不能容纳多组光纤组件、或传感环结构复杂，光纤敷设困难。
4.同一光线组件中各光纤必须处于不受大应力的处境中，为此需要考虑光纤的绕制半径、光纤束的自由舒坦状态，即光纤需要保持相对自由活动又不过分自由而无法定位敷设，同时又要保证各光纤束之间相对少受缠绕和因为外界扰动(比如温度剧变、传导的振动等等)引起的挤压碰撞。保证光纤束敷设空间相对独立是关键。目前市场上一些研究性样机的方案，有将多光纤组件置于同一结构槽中，这会存在光纤束互相缠绕挤压的风险，影响光纤的光学特性，从而影响互感器测量精度；也有将每一光纤组件设置于相对独立的光纤通道中，比如环氧树脂模块化结构中，这将带来光纤束进出转弯和额外受弹性应力的风险，从而也使影响光纤的特性。
5.光纤的敷设固定又是决定互感器传感器长期稳定性的决定性因素。目前市场上存在的方式主要是半敞开式敷设与槽位中，还有专用管道式敷设，结构件有金属铝合金，也有环氧树脂等的材料，存在的缺点是光纤固定过于松散容易移位，或者光纤固定过于稳固，比如用一种专用胶固定，这种固定方式会存在阻碍光纤自由蠕动来释放额外应力的风险，过松或者过紧的固定都会带来互感器测量精度的下降甚至失灵。
6.因此，亟需设计一种传感环结构，以容纳多组光纤组件，同时提升光纤敷设的可靠性和便捷性。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种传感环结构，以提升光纤敷设的可靠性和便捷性。
8.为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
9.本实用新型提供一种传感环结构，包括传感环壳体和传感环盖，所述传感环盖能
够盖设于所述传感环壳体上，所述传感环壳体上设置有圆形的光纤槽，所述光纤槽内设置有多组侧棱组，多组所述侧棱组沿所述传感环壳体的径向方向依次间隔设置，两组所述侧棱组之间形成沟槽，所述沟槽能够敷设一束光纤，所述侧棱组包括第一侧棱和多组第二侧棱，所述第一侧棱和多组所述第二侧棱沿所述光纤槽周向且间隔设置，且所述第一侧棱和所述第二侧棱均为弧形；所述光纤槽内设置有第一通孔，多根所述光纤能够从所述第一通孔穿入所述光纤槽，并使所述光纤依次敷设在对应的所述沟槽内。
10.作为优选，所述传感环结构还包括：
11.封盖，盖设于所述光纤槽上。
12.作为优选，所述封盖采用硅橡胶材料制成。
13.作为优选，所述传感环结构还包括第一密封圈和第二密封圈，所述第一密封圈和所述第二密封圈分别设置于所述光纤槽两侧，且所述第一密封圈和所述第二密封圈能够夹设于所述传感环壳体和所述传感环盖之间。
14.作为优选，所述传感环壳体上还设置有第一密封凹槽和第二密封凹槽，所述第一密封凹槽设置于所述光纤槽的靠近所述传感环壳体的圆心的一侧，所述第二密封凹槽设置于所述光纤槽的远离所述传感环壳体的圆心的一侧，所述第一密封圈能够卡接于所述第一密封凹槽，所述第二密封圈能够卡接于所述第二密封凹槽。
15.作为优选，所述传感环结构还包括：
16.电缆紧固头，与所述第一通孔相连通，所述光纤通过所述电缆紧固头穿入所述光纤槽。
17.作为优选，所述传感环壳体上设置有两组第一连接孔，两组所述第一连接孔位于所述第一通孔与所述传感环壳体圆心的连接线的两侧，两组所述第一连接孔用于连接绝缘子。
18.作为优选，所述光纤采用胶带固定于所述光纤槽的槽底。
19.作为优选，所述传感环壳体和所述传感环盖均采用铝合金材料制成。
20.作为优选，所述传感环壳体和所述传感环盖均采用喷砂处理。
21.本实用新型的有益效果：
22.本实用新型提出的传感环结构包括传感环壳体和传感环盖，传感环盖能够盖设于传感环壳体上，以将光纤束封装在传感环壳体内，传感环壳体上设置有圆形的光纤槽，光纤槽内设置有多组侧棱组，多组侧棱组沿传感环壳体的径向方向依次间隔设置，两组侧棱组之间形成沟槽，沟槽能够敷设一束光纤，侧棱组包括第一侧棱和多组第二侧棱，第一侧棱和多组第二侧棱沿光纤槽周向且间隔设置，且第一侧棱和第二侧棱均为弧形，以保证绕制后的光纤束具有相同的曲率，从而保证了光纤束能够正常工作；光纤槽内设置有第一通孔，光纤束能够从第一通孔穿入光纤槽，并使光纤束依次敷设在对应的沟槽内；该传感环壳体的每个沟槽内仅敷设一束光纤，使每束光纤均具有独立的敷设路径，以使每束光纤互不干扰，从而提升了光纤敷设的可靠性和便捷性。
附图说明
23.图1是本实用新型提出的传感环壳体的示意图；
24.图2是本实用新型提出的传感环盖的示意图。
25.图中：
26.1、传感环壳体；2、传感环盖；
27.11、光纤槽；12、第一密封凹槽；13、第二密封凹槽；14、第一连接孔；
28.111、多组侧棱组；112、沟槽；113、第一通孔；
29.1111、第一侧棱；1112、第二侧棱。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
31.在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
32.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
34.实施例一
35.本实施例提供一种传感环结构，如图1-图2所示，该传感环结构包括传感环壳体1和传感环盖2，传感环盖2能够盖设于传感环壳体1上，并通过螺栓紧固，以将光纤束封装在传感环壳体1内。
36.如图1所示，传感环壳体1上设置有圆形的光纤槽11，光纤槽11内设置有多组侧棱组111，三组侧棱组沿传感环壳体1的径向方向依次间隔设置，两组侧棱组之间形成沟槽112，沟槽112能够敷设一束光纤，侧棱组包括第一侧棱1111和多组第二侧棱1112，第一侧棱1111和多组第二侧棱1112沿光纤槽11周向且间隔设置，且第一侧棱1111和第二侧棱1112均为弧形，以保证绕制后的光纤束具有相同的曲率，从而保证了光纤束能够正常工作；光纤槽11内设置有第一通孔113，光纤束能够从第一通孔113穿入光纤槽11，并使光纤束依次敷设在对应的沟槽112内；该传感环壳体1的每个沟槽112内仅敷设一束光纤，使每束光纤均具有独立的敷设路径，以使每束光纤互不干扰，从而提升了光纤敷设的可靠性和便捷性。
37.需要说明的是，相较于现有的非同心圆分布的光纤槽11设计(即多个部件构成多束光纤束的敷设路径)，本实施例中的传感环结构能够使多束独立光纤束敷设于处于同一
结构件(传感环结构)的平面结构内，不同光纤束敷设于同心圆分布的光纤槽11内，结构整体一体化。
38.需要提到的是，本实施例中的传感环壳体1的内径可具有标准化的系列，例如：300mm，500mm，800mm等，具体的内径系列按工程接口配套尺寸进行设计；此外，本实施例中的沟槽112即为所需的输出冗余，一般地，该传感环结构可配置2冗余到4冗余。
39.需要说明的是，三组侧棱组中的两侧的侧棱组能够分别与光纤槽11的侧壁形成沟槽112。
40.为了便于在绕制光纤束时光纤束的换道，本实施例将第一侧棱1111的长度设置为小于光纤槽11长度的一半且大于光纤槽11长度的四分之一，将第二侧棱1112的长度设置为小于光纤槽11长度的四分之一；优选地，本实施例中的第一侧棱1111和三组第二侧棱1112的总长度设置在了光纤槽11长度的三分之一；此外，多组第一侧棱1111和多组第二侧棱1112沿径向方向的间隙应大于3毫米，且第一侧棱1111和第二侧棱1112的高度均为8毫米。
41.为了对光纤束进行轴向固定，本实施例还在设置了封盖，该封盖能够盖设于光纤槽11上，以将光纤束封在光纤槽11内；可选地，封盖采用硅橡胶材料或其他柔性稳定长寿命的材料一体制成，由于该封盖是整体性的跨多沟槽112，故不存在装配工艺不慎而意外跌落至光纤槽11内的光纤束上；此外，封盖用使用专用胶水固定在第一侧棱1111和第二侧棱1112上。
42.由于该传感环结构需要达到ip67级的防护密封等级，所以该传感环结构还设置了第一密封圈和第二密封圈，第一密封圈和第二密封圈分别设置于光纤槽11两侧，且第一密封圈和第二密封圈能够被安装于传感环壳体1和传感环盖2之间，以达到整套传感环部件紧固装配后的密封效果。
43.为了便于固定第一密封圈和第二密封圈，还在传感环壳体1上设置了第一密封凹槽12和第二密封凹槽13，第一密封凹槽12设置于光纤槽11的靠近传感环壳体1的圆心的一侧，第二密封凹槽13设置于光纤槽11的远离传感环壳体1的圆心的一侧，第一密封圈能够卡接于第一密封凹槽12，第二密封圈能够卡接于第二密封凹槽13，在安装传感环盖2前，需先将第一密封圈和第二密封圈卡在第一密封凹槽12和第二密封凹槽13内。
44.为了对第一通孔113处的光纤束进行固定，该传感环结构还在第一通孔113上设置了电缆紧固头，该电缆紧固头与第一通孔113相连通，光纤束通过电缆紧固头穿入光纤槽11，并将第一通孔113处的光纤束进行固定。
45.可选地，第一通孔113的轴向方向可以是垂直传感环壳体1平面，也可以是沿传感环壳体1最外侧径向开孔外引。
46.为了使传感环结构能够与绝缘子相连，本实施例还在传感环壳体1上设置了两组第一连接孔14，两组第一连接孔14位于第一通孔113与传感环壳体1圆心的连接线的两侧，该两组第一连接孔14用于连接传感环机械结构支撑件过渡件(该传感环机械结构支撑件过渡件一般位于绝缘子顶部法兰外侧)；此外，传感环壳体1的周向还设置有多个第二连接孔，以便传感环壳体1与传感环盖2相连。
47.本实施例中，光纤束在无侧棱的位置采用特种胶带固定于光纤槽11的槽底，且光纤可保持圆周方向自由和径向微量自由；可选地，光纤束采用航天专用的kapton胶带制作的固定胶带环固定于光纤槽11的槽底(即光纤束的敷设路径)，由于胶带环的内径比光纤束
本身要大得多，当已被固定的光纤束还可以在胶带环中轻微移动时，该胶带环的使用能够避免对光纤产生额外应力。
48.优选地，传感环壳体1和传感环盖2均采用铝合金材料经过数控机床一次性机加工而成，精度高，且表面首先进行喷砂处理再进行喷漆。
49.可选地，传感环壳体1和传感环盖2的外部喷涂特种隔热漆，以起到阳光辐射下减缓传感环结构内部空气腔内的温升，一般情况下可降低5℃，需要说明的是，这是一种有效保持传感环结构内光纤所处温度更接近互感器其它密闭部件内的光纤环境温度的方法。
50.需要提到的是，所有光纤束敷设经过的金属表面需均加工达到一定的光滑度，第一侧棱1111和第二侧棱1112的水平端部和顶部需均进行倒圆处理，在光纤束引出的路径缺口处的侧棱侧边，也进行切削倒圆处理，以避免光纤意外收到金属棱边的磨损或切割而受损；此外，光纤束本身每隔一定距离用专用线进行束缚，束缚保留一定宽松度，还在由侧棱组成的沟槽112中得到了一定的定位，在沟槽112中光纤束沿传感环径向方向具有一定宽松度，以保持光纤束可自由活动，不受额外应力；在侧棱与光纤槽11侧壁形成的路径上，因光纤束本身具有的弹性，可呈现自然的圆弧状，不同光纤束之间因分布同心圆的直径不同而不会轻易缠绕或挤压。
51.实施例二
52.本实施例通过一种传感环的光纤束的绕制方法，该绕制方法用于将光纤束绕制在实施例一中的传感环结构的传感环壳体内。
53.具体地，首先将光纤束从电缆紧固头和第一通孔穿入光纤槽，再从光纤槽最外围的沟槽依次向靠近圆心的沟槽进行绕制，且每个沟槽仅容置一束光纤；然后使用胶带将光纤束固定，最后盖上封盖。
54.显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。