一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器制造技术

本发明专利技术涉及一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，其激光器发出的光经光隔离器进入1

【技术实现步骤摘要】
一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器


[0001]本专利技术涉及光纤传感
，特别涉及一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器。

技术介绍

[0002]套管是用于穿过带电导体的一种绝缘子，作为一类重要的绝缘材料，主要搭建于变压器、电抗器、断路器等电力设备及墙体中，承担对地绝缘、支撑及载流的功能，应用十分广泛。套管的绝缘水平关系着高压电器设备的稳定运行，但在过去的时间里，套管绝缘故障时有发生。据统计，单是变压器故障事故中，套管绝缘故障就占据30％左右。
[0003]套管绝缘故障的明显表征现象之一是在套管绝缘缺陷处发生局部放电。在产生局部放电的过程中，套管绝缘缺陷处会释放出超声波信号。因此，可以通过检测该超声信号作为判断套管绝缘状态水平的依据。
[0004]现有的局部放电声波法检测一般使用压电陶瓷传感器，通过紧贴于电气设备外部对局部放电产生的声波进行检测。但由于压电陶瓷的局限性，这种方法受电磁干扰严重，易受电磁环境影响，且压电陶瓷传感器灵敏度较低，局部放电检测效果不佳。
[0005]伴随学科间的交叉融合，光纤传感手段广泛运用于状态监测领域。其中干涉型光纤超声传感器具备绝缘性能好、抗电磁干扰性能优异、灵敏度高、安装方式灵活等特点，是一种极佳的套管绝缘故障局部放电超声信号的检测方式。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是针对上述不足，提供一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，该传感器包括激光器、光隔离器、1
×
2光纤耦合器、光纤环形器、传感光纤、参考光纤、声光调制器、2
×
2光纤耦合器、平衡光电探测器、信号调节模块、高通滤波器和上位机；所述激光器发出的光经所述光隔离器进入所述1
×
2光纤耦合器，所述1
×
2光纤耦合器将所述光分成两路；其中一路为传感光，经所述光纤环形器进入所述传感光纤后，在嵌入传感光纤末端的布拉格光纤光栅作用下反射回所述光纤环形器后传出；另一路为参考光，经所述参考光纤输出后，在所述声光调制器作用下产生固定频移；然后，所述传感光和所述参考光在所述2
×
2光纤耦合器汇集并发生干涉产生干涉光；所述干涉光由所述平衡光电探测器采集，经所述信号解调模块解调后送入所述高通滤波器滤除低频信号，剩下的高频信号作为最终检测信号结果输出到所述上位机显示。
[0009]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，该传感器还包括高灵敏度传感元；所述高灵敏度传感元包括芯轴和紧密缠绕于所述芯轴的所述传感光纤，所述传感光纤的末端嵌入所述布拉格光纤光栅。
[0010]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述芯轴为圆台；所述传感光纤从下至上缠绕于所述芯轴，其末端位于所述圆台的顶面。
[0011]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述芯轴采用聚偏氟乙烯材质；所述圆台的底面半径为20mm，顶面半径为5mm，高度为40mm。
[0012]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述光纤环形器包括第一通道、第二通道和第三通道；所述传感光从所述第一通道进入所述光纤环形器，经所述第二通道进入所述高灵敏度传感元，在嵌入所述传感光纤末端的所述布拉格光纤光栅作用下反射回所述光纤环形器，从所述第三通道传出。
[0013]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述激光器采用RIO窄线宽激光源，其光功率为20mW，线宽为2.9kHz。
[0014]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述1
×
2光纤耦合器(3)的两路输出信号强度占比各为50.0％
±
0.5％。
[0015]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述芯轴表面涂敷高超声耦合系数的紫外光固化粘合胶，经紫外光照射后胶水固化，使所述传感光纤和所述芯轴保持贴合状态。
[0016]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述声光调制器为STBR系列带射频驱动的自由空间声光调制器。
[0017]进一步的，所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，所述布拉格光纤光栅的长度为20mm，反射波长为1550nm。
[0018]本专利技术的优点与效果是：
[0019]1.本专利技术提供的光纤干涉型超声传感器的结构简单，设计易于实现，操作简便，在套管局部放电超声频段内灵敏度高，为套管局部放电检测提供了可靠、有效的超声传感检测方法。
[0020]2.本专利技术提供的光纤干涉型超声传感器的高灵敏度传感元采用聚偏氟乙烯材质芯轴，其谐振频率及其频率响应带宽与套管局部放电超声信号频率相似，满足共振吸声原理。且芯轴结构下宽上窄，局部放电超声波传播至高灵敏度传感元位置时，超声信号绝大部分由高灵敏度传感元吸收，与聚偏氟乙烯芯轴产生谐振激发传感元振动，并使传感元振幅达到最大。
[0021]3.本专利技术提供的光纤干涉型超声传感器的高灵敏度传感元采用单模裸光纤在芯轴上螺旋缠绕成多匝线圈的方法制成，使长距离传感光纤汇聚于一处，拉长了该光纤干涉型超声传感器的传感区间，配合传感光纤线圈末端的布拉格反射光栅，在减短传感光纤长度的同时，利用反射回光，在传感元位置处再次感知超声振动，实现局部放电超声信号的高灵敏度感知。
附图说明
[0022]图1为本专利技术提供的光纤干涉型超声传感器的结构示意图。
[0023]图2为本专利技术提供的光纤干涉型超声传感器的高灵敏度光纤传感元的结构示意图。
[0024]图3为本专利技术提供的光纤干涉型超声传感器的传感光纤末端嵌入布拉格光纤光栅
的结构示意图。
[0025]附图标记说明：1
‑
激光器，2
‑
光隔离器，3
‑1×
2光纤耦合器，4
‑
参考光纤，5
‑
声光调制器，6
‑
光纤环形器，7
‑
高灵敏度传感元，8
‑2×
2光纤耦合器，9
‑
平衡光电探测器，10
‑
信号解调模块，11
‑
高通滤波器，12
‑
上位机，13
‑
传感光纤，14
‑
传感光纤末端，15
‑
芯轴，16
‑
布拉格光纤光栅。
具体实施方式
[0026]为使本专利技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，其特征在于，该传感器包括激光器(1)、光隔离器(2)、1
×
2光纤耦合器(3)、光纤环形器(6)、传感光纤(13)、参考光纤(4)、声光调制器(5)、2
×
2光纤耦合器(8)、平衡光电探测器(9)、信号调节模块(10)、高通滤波器(11)和上位机(12)；所述激光器(1)发出的光经所述光隔离器(2)进入所述1
×
2光纤耦合器(3)，所述1
×
2光纤耦合器(3)将所述光分成两路；其中一路为传感光，经所述光纤环形器(6)进入所述传感光纤(13)后，在嵌入传感光纤末端(14)的布拉格光纤光栅(16)作用下反射回所述光纤环形器(6)后传出；另一路为参考光，经所述参考光纤(4)输出后，在所述声光调制器(5)作用下产生固定频移；然后，所述传感光和所述参考光在所述2
×
2光纤耦合器(8)汇集并发生干涉产生干涉光；所述干涉光由所述平衡光电探测器(9)采集，经所述信号解调模块(10)解调后送入所述高通滤波器(11)滤除低频信号，剩下的高频信号作为最终检测信号结果输出到所述上位机(12)显示。2.根据权利要求1所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，其特征在于，该传感器还包括高灵敏度传感元(7)；所述高灵敏度传感元(7)包括芯轴(15)和紧密缠绕于所述芯轴(15)的所述传感光纤(13)，所述传感光纤(13)的末端嵌入所述布拉格光纤光栅(16)。3.根据权利要求2所述的一种变压器套管局部放电的光纤干涉型超声传感器，其特征在于，所述芯轴(15)为圆台；所述传感光纤(13)从下至上缠绕于所述芯轴(15)，其末端位于所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢超，曾四鸣，张志刚，高树国，赵军，孙路，代璐健，史荣斌，王思涵，胡靖，马国明，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：