一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤及制备方法技术

本申请提供了一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤及制备方法，光纤包层包括沿轴向周期性排列的石英‑空气孔结构，包层空气孔包括正六边形空气孔，包层空气孔呈三角结构排列；光纤纤芯为空芯结构，纤芯的截面积大于等于f个正六边形空气孔的面积，f＝1+3(n

An Optical Fiber for the Detection of SF6 Gas and Its Decomposition Components and Its Preparation Method

This application provides an optical fiber and a preparation method for the detection of SF6 gas and its decomposition components. The optical fiber cladding includes quartz air holes arranged periodically along the axis. The cladding air holes include regular hexagonal air holes, and the cladding air holes are arranged in triangular structure. The optical fiber core has a hollow core structure, and the cross-sectional area of the core is larger than or equal to the area of F regular hexagonal air holes, f=1.+ 3 (n)

【技术实现步骤摘要】
一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤及制备方法
本申请涉及光学检测
，尤其涉及一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤及制备方法。
技术介绍
在国内外的电力系统中，SF6(六氟化硫)气体作为一种理想的绝缘和灭弧气体被广泛的用于气体绝缘电力设备中，然而，气体绝缘电力设备是一种高压设备，在长期运行过程中，由于一些不可避免的因素会导致SF6气体发生分解，生成H2S、COS、CO2、SO2、SOF2、CO、CF4和SO2F2等分解组分，这些物质会腐蚀气体绝缘电力设备的绝缘材料，加速气体绝缘电力设备老化。现有技术中，对SF6气体及其分解组分进行检测的方法有气相色谱法、电化学传感法等方法，上述方法可以进行SF6及其分解组分的浓度检测，但是上述方法均易受到环境因素的影响，导致稳定性差，检测灵敏度低。
技术实现思路
本申请提供了一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤及制备方法，以解决于高压设备SF6气体及其分解组分检测效果差的问题。第一方面，本申请提供了一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，包括：包层和纤芯，其中，所述包层包括沿轴向周期性排列的石英-空气孔结构，所述包层的空气孔包括正六边形空气孔，所述包层的空气孔呈三角结构排列；所述纤芯包括位于所述包层中心的空芯结构，所述纤芯的截面积大于等于f个所述正六边形空气孔的面积，f＝1+3(n2+n)，n为自然数。优选地，所述纤芯的边为圆形，所述包层的第一层空气孔包括交错排列的规则五边形空气孔和规则六边形空气孔，所述第一层空气孔正对所述光纤中心的边为弧边，全部所述第一层空气孔的弧边围成所述纤芯。优选地，所述纤芯的壁厚与所述空气孔的壁厚相同。优选地，所述包层的空气孔层数大于或等于五层。优选地，所述正六边形空气孔的曲化率大于或等于0.8。优选地，所述正六边形所述的边长距离与空气孔间距之比大于或等于0.5。第二方面，本申请提供了一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤制备方法，包括：利用石英材料制作成正六棱柱形预制棒；将所述正六棱柱形预制棒拉伸成微细预制棒；将多个所述微细预制棒堆积成三角结构预制棒；将所述三角结构预制棒的中心抽掉7根所述微细预制棒，集束成空芯预制棒；将所述空芯预制棒拉伸并熔合成用于SF6气体及其分解组分检测的光纤。优选地，所述石英材料包括直径为5mm的石英棒和/或石英管，所述微细预制棒的直径为1mm。优选地，将所述空芯预制棒拉伸并熔合成用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，包括：在所述空芯预制棒两端通入气流，所述气流包括氮气流。本申请提供的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤的有益效果包括：本申请实施例提供的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，包括包层和纤芯，包层包括沿轴向周期性排列的石英-空气孔结构，包层的空气孔包括正六边形空气孔，包层的空气孔呈三角结构排列；纤芯包括位于所述包层中心的空芯结构，纤芯由包层的中心去掉至少7个正六边形空气孔构成。通过激光与故障性气体分子光学作用产生拉曼散射光后，利用本申请实施例提供的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，能够对SF6及其分解组分气体拉曼散射光进行单模传输，损耗较低，进而提高拉曼散射光的收集效率，有利于提高光谱检测准确性，从而有效发现设备潜伏性故障。本申请实施例提供的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤制备方法，制备过程中可允许拉制过程中造成的规则曲化，制备的光纤传输性能高。附图说明为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请实施例提供的一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤的结构示意图；图2为本申请提供的一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤制备方法的流程示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。参见图1，为本申请实施例提供的一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤的结构示意图，如图1所示，本申请实施例提供的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，包括包层和纤芯。具体的，包层包括沿轴向周期性排列的石英-空气孔结构。石英是一种低吸收光、高折射率的材料，折射率为1.45。包层的空气孔包括正六边形空气孔、规则六边形空气孔和规则五边形空气孔，其中，规则六边形空气孔和规则五边形空气孔的形状关于整个光纤中心点轴对称。包层为环形结构，最里层为第一层空气孔，包层的空气孔层数大于或等于五层，空气孔层数越多，光信号在包层中的泄露损耗越小，本实施例中，可选为8层空气孔。包层的空气孔呈三角结构排列。纤芯为位于包层中心的空芯结构，纤芯的截面积大于等于f个所述正六边形空气孔的面积，f＝1+3(n2+n)，n为自然数。具体的，纤芯可通过在包层的中心去掉f个正六边形空气孔来构建，本实施例中，n＝1，f＝7。包层的中心去掉f个正六边形空气孔后，形成的第一层空气孔为由正六边形空气孔损耗后得到的上述规则五边形空气孔和规则六边形空气孔，规则五边形空气孔和规则六边形空气孔交错排列，规则五边形空气孔和规则六边形空气孔正对光纤中心的边为弧边，全部第一层空气孔的弧边围成一个圆形区域，即为纤芯。除了第一层空气孔，包层的其他层空气孔均为正六边形，由于目前工艺的限制和热力学的原因，空气孔的形状很难达到理想的正六边形，在拉制过程中会进行一定程度的曲化，为了能够保证光纤的正常功能，限定其曲化率大于或等于0.8，即正六边形尖端曲化的半径与边长之比不得小于0.8。包层中正六边形所述的边长距离与空气孔间距之比大于或等于0.5，能够保证相对较高的空气填充率，空气填充率会直接影响包层的模式折射率和传输带宽。纤芯区域是在包层中心抽取7个空气孔构成的缺陷，这是光纤能够单模运输的先决条件，其纤芯的半径的选取是具有上下限的，这是由于抽取7个空气孔造成的，其纤芯覆盖区域必须位于七个空气孔之内。根据气体在纤芯的传输波长来选取合适的纤芯半径。其纤芯壁的厚度与包层孔壁相同，保证了纤芯模式与包层模式的匹配，降低模式之间的损耗。对上述用于SF6气体及其分解组分检测的光纤的传输特性分析可以用软件进行建模分析，利用COMSOL软件建立上述用于SF6气体及其分解组分检测的光纤的模型，设定结构参数数值，后续步骤如下：(1)填充光纤制作材料具体的，将空气填充在完美匹配层、纤芯和空气孔中，将SiO2-glass(二氧化硅玻璃)填充在支柱中。其中，完美匹配层是指光纤的最外一层空气孔，支柱是指光纤中除空气孔之外的部分。(2)设置边界条件具体的，波导模块采用电磁波-频域物理场设定，并采用模式分析进行稳定研究，对于光纤，希望得到是稳定传播的电磁场形态，而不是光纤截面的瞬态模式，所以模式分析模块便是分析传播一定距离的稳态模式。在频域模块采用默认的边界条件设置，使电磁场在内部边界连续，在模型的最外一层添加完美匹配层。完美匹配层的添加可以有很多方式，或者方形或者圆形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，其特征在于，包括：包层和纤芯，其中，所述包层包括沿轴向周期性排列的石英‑空气孔结构，所述包层的空气孔包括正六边形空气孔，所述包层的空气孔呈三角结构排列；所述纤芯包括位于所述包层中心的空芯结构，所述纤芯的截面积大于等于f个所述正六边形空气孔的面积，f＝1+3(n2+n)，n为自然数。

【技术特征摘要】
1.一种用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，其特征在于，包括：包层和纤芯，其中，所述包层包括沿轴向周期性排列的石英-空气孔结构，所述包层的空气孔包括正六边形空气孔，所述包层的空气孔呈三角结构排列；所述纤芯包括位于所述包层中心的空芯结构，所述纤芯的截面积大于等于f个所述正六边形空气孔的面积，f＝1+3(n2+n)，n为自然数。2.如权利要求1所述的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，其特征在于，所述纤芯的边为圆形，所述包层的第一层空气孔包括交错排列的规则五边形空气孔和规则六边形空气孔，所述第一层空气孔正对所述光纤中心的边为弧边，全部所述第一层空气孔的弧边围成所述纤芯。3.如权利要求1所述的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，其特征在于，所述纤芯的壁厚与所述空气孔的壁厚相同。4.如权利要求1所述的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，其特征在于，所述包层的空气孔层数大于或等于五层。5.如权利要求1所述的用于SF6气体及其分解组分检测的光纤，其特征在于，所述正六边形空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱国超，彭庆军，周峰，陈伟根，万福，马仪，程志万，周仿荣，邹德旭，黄星，洪志湖，刘光祺，颜冰，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：云南,53