CN103529311A - 一种适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，属于电场测量技术领域。本传感器为对称结构，管壳盖与管壳本体之间、套管与管壳本体之间以及光纤护套与套管之间分别设有光纤护套粘接层。晶片置于管壳本体内，光波导与晶片相对固定，两根光纤的一端分别与光波导的两则端部相连，两根光纤的另一端分别从管壳本体两侧的光纤护套中伸出。憎水涂层涂覆在管壳本体和套管的表面。本发明传感器，对管壳采用双重密封和憎水性处理，使传感器在相对湿度小于90%的环境下还可以正常测量，测量得到的电场波形无畸变，大大提高了测量结果的准确性，尤其适用于我国全年平均相对湿度均大于60%的地区。

Description

一种适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器

技术领域

本发明涉及一种适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，属于电场测量技术领域。

背景技术

随着特高压工程的建设，光电传感器具有电磁兼容性强、对源场干扰小等优点，逐渐成为强电场测量的理想工具，在长空气间隙放电研究、绝缘子故障检测研究和电磁环境研究等方面发挥着日益重要的作用。一般用管壳对光电电场传感器进行封装，以保护传感器内部晶片不受工程现场复杂环境的影响。

光电电场传感器与一般电子设备对管壳的要求不同，它不仅要求管壳耐冲击强度高，还要求管壳介质不导电，相对介电常数小，密封性好和热膨胀系数小。

已有电场传感器未有成熟管壳结构，一种典型的管壳结构如图1所示。此类型传感器内部晶片需要感受外界电场，导电介质或是相对介电常数较大介质会屏蔽外界电场，使传感器的灵敏度大大降低；此类型传感器对温度十分敏感，当温度变化时，尾纤的膨胀会对光纤和波导的耦合点产生应力，管壳的细微形变会对光纤产生应力，应力会使整个传感器的插入损耗发生变化，并最终影响传感器测量结果的稳定性，传感器测量结果将发生错误。此类型传感器的内部晶片不能受潮，水分会使晶片表面阻容网络发生变化，影响电场测量结果的准确性，因此要求管壳具有气密性。

最新研究还表明湿度影响此类型传感器的测量结果准确性。对于长空气间隙放电研究，高湿度会使传感器响应下降沿偏快，无法通过电场显示空间电场的变化，这将不利于流注和先导产生和发展的研究，并最终阻碍空间放电研究工作的开展。对于绝缘子故障检测研究，高湿度会使传感器的工频响应幅值衰减并产生相位移动，导致绝缘子故障检测的灵敏度的降低，造成一些小故障的遗漏，这些故障可能发生闪络而最终导致电网的崩溃。对于电磁环境研究，工程现场的温度变化和高湿度将影响传感器测量值的准确性，不能对电磁环境做出准确评估。湿度增大时，传感器管壳表面将形成水膜，改变传感器的阻容网络特性，并最终使传感器的下限截止频率升高。研究表明：传感器的下限截止频率随相对湿度的增大而增大：当相对湿度为50%时，下限截止频率约为50Hz，当相对湿度为85%时，下限截止频率为5000Hz。

发明内容

本发明的目的是提出一种适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，对已有的光电电场传感器的结构进行改进，以使光电电场传感器不受潮湿环境影响，提高电场测量结果的准确性。

本发明提出的适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，为对称结构，包括管壳本体、管壳盖、憎水涂层、两个套管、两个光纤护套、晶片、光波导和两根光纤；所述的管壳盖盖在管壳本体上，管壳盖与管壳本体之间设有管壳盖粘结层；所述的两个套管对称插在管壳本体的两侧，套管与管壳本体之间设有套管粘结层；所述的光纤护套插在套管中，光纤护套与套管之间设有光纤护套粘接层；所述的晶片置于管壳本体内；所述的光波导与晶片相对固定；所述的两根光纤的一端分别与光波导的两则端部相连，两根光纤的另一端分别从管壳本体两侧的光纤护套中伸出；所述的憎水涂层涂覆在管壳本体和套管的表面。

上述光电电场传感器中，所述的管壳本体、管壳盖和套管的材料为玻璃钢。

上述光电电场传感器中，所述的管壳盖粘结层、套管粘结层和光纤护套粘接层的材料为环氧树脂胶。

上述光电电场传感器中，所述的憎水涂层的材料为憎水性环氧树脂。

本发明提出的适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，其优点是：对已有光电电场传感器的结构进行了改进，对其管壳采用双重密封和憎水性处理，使传感器在相对湿度小于90%的环境下还可以正常测量，测量得到的电场波形无畸变，大大提高了测量结果的准确性，本发明的传感器尤其适用于我国绝大部分地区（特别是东南部地区）全年平均相对湿度均大于60%的情况。而且，本发明的传感器对外壳、套管以及其中用到的粘结层的材料进行了选择，所用材料为全电解质，无金属材料，因此传感器对待测电场的干扰小，并且提高了传感器的检测灵敏度。另外，管壳选用了热膨胀系数低的材料，因此在温度变化时，管壳对端部光纤产生的热应力较低，提高了测量的正确性，而且延长了传感器的使用寿命。本发明的采用双重密封的光电电场传感器，所用材料的制作工艺成熟，在市场上容易购买、价格低廉；操作过程简便，无需昂贵的加工过程，因此降低了传感器成本。

附图说明

图1为传统典型的光电电场传感器结构示意图。

图2为本发明提出的适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器结构示意图。

图1和图2中，1是管壳本体，2是管壳盖，3是套管，4是光纤护套，5是管壳盖粘结层，6是套管粘结层，7是光纤护套粘接层，8是晶片，9是光波导，10是光纤，11是憎水涂层。

具体实施方式

本发明提出的适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，其结构如图2所示，为对称结构，包括管壳本体1、管壳盖2、憎水涂层11、两个套管3、两个光纤护套4、晶片8、光波导9和两根光纤10。管壳盖2盖在管壳本体1上，管壳盖2与管壳本体1之间设有管壳盖粘结层5。两个套管3对称插在管壳本体1的两侧，套管3与管壳本体1之间设有套管粘结层6。光纤护套4插在套管3中，光纤护套4与套管3之间设有光纤护套粘接层7。晶片8置于管壳本体1内。光波导9与晶片8相对固定。光纤10的一端与光波导9的端部相连，光纤10的另一端从管壳本体1端部的光纤护套4中伸出。憎水涂层11涂覆在管壳本体1和套管3的表面。

上述光电集成电场传感器中，管壳本体1、管壳盖2和套管3的材料可以为玻璃钢。

上述光电集成电场传感器中，管壳盖粘结层5、套管粘结层6和光纤护套粘接层7的材料为环氧树脂胶。

上述光电集成电场传感器中，憎水涂层采用憎水性环氧树脂胶。

本发明的适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，选取合适的管壳材料，进行管壳气密性结构设计，实现第一重密封；对得到的管壳表面进行涂胶（憎水性处理），实现第二重密封。

本发明的光电电场传感器中，管壳材料的性能需要满足五个要求：耐冲击强度高、非导电、相对介电常数小、透气性小和热膨胀系数小。常用管壳材料的参数如表1表所示。玻璃钢不导电，相对介电常数和热膨胀系数均较小，冲击强度高，因此选择玻璃钢作为管壳材料。在精细使用而不考虑耐冲击强度的情况下，陶瓷也可作为光电集成电场传感器管壳材料。

表1常用管壳材料的物理性能比较

本发明的传感器管壳的气密性结构如图2所示。管壳由管壳本体、管壳盖和套管三部分组成。管壳本体尺寸由光波导和晶片决定。与已有传感器的管壳结构相比，本发明传感器中管壳本体和管壳盖、管壳槽和套管粘接处都采用“T”型粘接，套管和输入输出光纤护套采用长“一”型连接，以增加管壳本体与管壳盖、管壳槽与套管以及套管与输入输出光纤之间的接触面积，使传感器内部的气密性大幅度提高，本传感器中使用的粘接剂为化学性能稳定、介电常数较小且粘附力强的环氧树脂胶，以柔性封装的方式实现传感器的气密性封装。

为了提高传感器管壳表面的疏水性，应该降低传感器表面材料的亲水性和表面力，使其更具惰性。本发明的传感器采用的憎水处理方法为：在密封的管壳（玻璃钢或陶瓷）表面涂抹一层具有憎水性能的环氧树脂。其中聚合的碳氢化合物-CH2-或-CH3和碳氟化合物-CF2-或-CH3（与其它结构组分隔开）的聚合物具有低表面能，具有惰性、憎水、和高接触角的表面。本发明传感器采用美国3M公司生产的环氧树脂DP-270。该产品的特点为：强度高，透明，疏水效果好。

本发明传感器的两个实施例中，所使用的管壳材料分别为玻璃钢和陶瓷，按照本发明的光电电场传感器的结构进行管壳制造，最终管壳尺寸参数为50mm×15mm×8mm，管壳壁厚2mm。然后将这两支传感器运用到工程现场中进行电场测量，实验结果表明这两支传感器在90%以下湿度范围内湿度稳定性良好，工频测量结果准确有效，雷电波和操作波冲击波形与电压波形的一致性很强。

本发明提出的适用于高潮湿环境的憎水双重密封光电电场传感器，其中管壳内的结构可以为已有技术中其他各种类型的光电电场传感器，只要采用本发明传感器中的双重密封的管壳结构，就可以在潮湿环境中准确测量。

Claims (4)

1.一种采用双重密封的光电电场传感器，其特征在于该电场传感器为对称结构，包括管壳本体、管壳盖、憎水涂层、两个套管、两个光纤护套、晶片、光波导和两根光纤；所述的管壳盖盖在管壳本体上，管壳盖与管壳本体之间设有管壳盖粘结层；所述的两个套管对称插在管壳本体的两侧，套管与管壳本体之间设有套管粘结层；所述的光纤护套插在套管中，光纤护套与套管之间设有光纤护套粘接层；所述的晶片置于管壳本体内；所述的光波导与晶片相对固定；所述的两根光纤的一端分别与光波导的两则端部相连，两根光纤的另一端分别从管壳本体两侧的光纤护套中伸出；所述的憎水涂层涂覆在管壳本体和套管的表面。

2.如权利要求1所述的光电电场传感器，其特征在于其中所述的管壳本体、管壳盖和套管的材料为玻璃钢。

3.如权利要求1所述的光电电场传感器，其特征在于其中所述的管壳盖粘结层、套管粘结层和光纤护套粘接层的材料为环氧树脂胶。

4.如权利要求1所述的光电电场传感器，其特征在于其中所述的憎水涂层的材料为憎水性环氧树脂。

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