1  光纤陀螺核心技术攻关及其产业化

1.1  立项重大意义

光纤陀螺仪是惯性导航控制系统的核心部件，广泛应用于导弹精确制导、潜艇精确导航、坦克瞄准系统等诸多国防领域；同时还应用于土木工程测量定位、石油钻探的精确定向、飞机航行姿态控制、机器人动作精确控制、汽车和轮船导航定位定向系统等国民经济领域。

随着我国现代化建设的发展，国防、航空、航天、船舶、汽车制造等领域对惯性制导系统、定位定向系统的需求不断加大，陀螺仪的技术发展也从纯机械式向光学式发展，光纤陀螺作为真正意义上的全固态陀螺，以其独特的性能和广阔的发展前景，已成为国家重点支持和发展的产业化项目之一。但由于惯性技术是一项特别敏感的军事技术，被列入了西方国家的《军事技术管制条例》 ，所有中高级精度空间制导所使用的原材料、工艺、设备等对中国是封锁的，因此在一定程度上制约了我国该项技术的发展。

目前，世界范围内美、日、德、法、俄等国的光纤陀螺工程化技术已较为成熟，高、中、低精度的光纤陀螺产品均具备了产业化的能力。而国内光纤环型陀螺仪研发起步较晚，整体性能不高，无法满足国内军民两用市场的需求。因此，针对我国惯性导航产业发展对光纤陀螺的强劲需求以及光纤陀螺及原材料产业长期可持续发展的自身需求， 通过光纤陀螺以及配套原材料等技术攻关，进一步提升光纤陀螺制造关键工艺技术，实现关键设备、配套原材料技术的国产化和产业化。国内目前急需要有产能大、产品性能稳定的光纤陀螺生产企业，以满足国内市场的需求。 光纤陀螺实现产业化生产，将在国防和民用导航和制导等诸多领域得到广泛的推广和应用，从而提升我国的国防科技力量和交通运输的导航定向能力； 此外， 随着该产品产业化能力的加大，也必将带动国内光纤陀螺所需光电子器件行业的快速发展。

1.2 光纤陀螺核心技术攻关内容

本重大科技专项着重进行如下内容的攻关：光纤环的结构设计和结构材料选择；光纤环的绕环工艺； 光纤环胶固技术； 光纤陀螺零偏稳定性的温度补偿技术； 光纤陀螺全性能测试标准研究。 

（1）光纤环是确保在环境和温度条件下陀螺精度的关键，是光纤陀螺的核心器件之一，因此，在对光纤环架的选材、填充和垫材、绕制应力、绕制技术、总体热效应设计等各方面进行了研究后， 采用独特的光纤环绕制技术， 保证其严格的四极对称性能， 从而改善光纤陀螺的互易性，提高其 SAGNAC 效应；自主研制光纤环封胶配方，解决光纤环的温度均衡性、抗冲击/振动能力， 提升光纤陀螺对抵抗环境变化因素的整体性能； 较好的解决了光纤环受外界环境影响而产生的性能不稳定性。

（2）光纤陀螺要求在短时间内温度剧烈变化的条件下依然能够稳定的工作，采用了独特的结构设计来平缓产品受外界环境变化的影响， 另外从软件上还采用特殊的补偿方式来大大消除外界温度变化引起的光纤陀螺性能指标的不稳定性。 

（3）综合目前国内各大研究单位与各领域用户要求，制定并形成关于光纤陀螺生产、测试的企业标准，以实际应用为依据，从最广泛范围内研制出通用性光纤陀螺标准件，在保证光纤陀螺性能参数一致性的同时也降低其生产成本，促进光纤陀螺产业化生产进程。

1.3  光纤陀螺核心技术攻关和产业化目标

（1）建成光纤陀螺的生产线 1 条； 

（2）制定国家或者行业的光纤陀螺测试标准 1项；

（3）形成光纤陀螺的年产能 2 000套以上，年产值 2.1 亿元左右。

2  全光纤电流互感器核心技术攻关及其产业化

2.1  立项重大意义

光纤电流互感器是利用电子学、光电子学、光纤传感技术及数字信号处理等技术研究的一种光、机、电一体化设备，是常规电磁感应式电流互感器（CT）的更新换代产品。与常规 CT 相比较，它具有体积小、重量轻（只有常规 CT 重量的 1/10） 、成本低、抗电磁干扰能力强、不存在磁饱和、磁滞效应、铁磁谐振、易燃易爆及二次侧开路后产生的高电压等问题，还有安装运输方便、维护简单、与现代光通信兼容等优点，是未来我国及世界各国 220 kV、330 kV、500 kV 以及更高电压等级电力系统中电能计量、继电保护、控制与监视等必不可少的核心部件。 

全光纤电流互感器（FOCT）是基于法拉第效应的新型传感器，综合利用光纤传感技术和闭环检测技术，克服了电磁式电流互感器所存在的问题。国内外对 FOCT 都有研究，国外加拿大Nxtphase和ABB 分别研制的新型闭环光纤电流互感器已经实现了产业化生产。

目前国内从事光学电流互感器研究的单位主要是一些科研院所和一些隶属于电力行业的公司。从研究进展来看，光学电流互感器的理论研究已基本成熟，目前研究热点主要是如何提高光学电流互感器的稳定性和可靠性，使之实用化。由于尚未完全解决应用上的所有问题，目前光学电流互感器仍处在应用完善和评估阶段，还未得到广泛使用，成熟产品还是依赖于进口。

光纤电流互感器可以广泛应用于发电厂、变电站及一切需要测量电流的场合，并可提高测量的安全性、可靠性及自动化水平，因此具有广阔的应用前景和可观的经济效益。若实现产业化，每年的直接经济效益将以亿元人民币计算，其市场前景难以估量。随着国家智能电网建设战略的发展，全光纤电流互感器产品也将得到充足的发展空间，可以说，全光纤电流互感器产品遇到了前所未有的发展良机。

2.2  全光纤电流互感器核心技术攻关内容

（1）圆保偏光纤预制棒核心制备工艺

预制棒工艺技术是光纤的核心工艺，本专项将着重进行“改良化学气相沉积” （MCVD）法， 和“应力柱埋入预制棒”法结合的圆保偏光纤预制棒制备工艺研究。

（2）光纤拉丝工艺研究

在任何型式的全光纤大电流传感器中，既然必须用保持圆偏光的特种光纤，就不能缺少光纤1/4 波片，以便在线将光源之线偏光变为圆偏光，并相反在检测端将圆偏光变回线偏光。

2.3  产业化目标
项目计划建设周期为 2年，建设光纤电流互感器生产线一条、特种光纤拉丝车间一个，预计建成后年生产能力为 2 500 台，产值为 1.96 亿元。

3  经济、社会效益分析

3.1  光纤陀螺仪产业化前景

本专项计划总投资 5 500 万元，主要目标是实现具有高稳定性的光纤陀螺仪规模化生产， 建立年产 5  000 台、产值可达 2.5 亿元的生产线。资金主要用于生产车间的改造，设备购置以及产业化研究。

3.2  光纤电流互感器产业化前景

（1）本专项计划总投资 5 800 万元，除了需要利用公司现有的加工、装配、测试等基础设施外，还需针对本专项添置一些专用仪器设备，如保偏光纤熔接机、特种光纤拉丝塔等，其固定资产投资大约在 2  400 万元人民币左右，流动资金为 2  000 万元。本专项计划建设周期为 2 年半。 

（2） 目前国内广泛使用的常规电磁式高压电流互感器价格在十几万到几十万元人民币之间，而本专项所开发的产品价格只有几万元人民币（期望价格为 5～10 万元/套,年产能 6 000 套） 。该传感器的动态范围宽，线性度好，稳定性强，其高压侧与低压侧之间用高度绝缘的光纤连接，与常规高压电流互感器相比，随着电压等级的提高，生产成本不是按指数增加，而是略有增加，可用于从几万伏到百万伏电网电流的测量， 可实现电流计量、 电力分配、 继电保护以及自动控制、自动监视等功用，随着我国电力工业的不断发展，其应用前景十分广阔。

（3） 据国家有关部门公布的资料，我国每年将新建 500 kV 变电站约 1 060 个，新增发电机组 271 台，并且每年将以 15%速度增加，加上改造的发（变）电站，自动化系统每年的市场需求为 46 亿元，当年与之配套的 OCT、OPT 市场需求也达到 36 亿元以上。

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