CN105137300A - 夹角式双光纤弧光检测探头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种夹角式双光纤弧光检测探头，包括：前置套管、膜片、发射光纤、接收光纤、光纤固定支架、后置套管、光源和光信号探测器；光源发出的光信号通过发射光纤射向膜片，经膜片反射进入接收光纤被光信号探测器所探测；膜片能够感应电弧所产生的声音信号而产生相应的振动，从而改变光信号探测器接收到的光源所发出的光信号的强度；前置套管、光纤固定支架、后置套管中的至少一个采用掺有荧光物质的材料制成，荧光物质能够将电弧所产生的弧光转换为与之相对应的荧光信号，从而改变光信号探测器接收到的荧光信号的强度。该探头采用夹角式双光纤结构，能够同时检测电弧弧光闪烁事件的声音信号以及光信号，系统灵敏度高，能够实现自检功能。

Description

夹角式双光纤弧光检测探头

技术领域

本发明涉及一种探测装置，尤其涉及用于针对电力系统中的电弧声音和电弧弧光进行同时探测的夹角式双光纤弧光检测探头。

背景技术

现今社会，电力系统不断发展，电力系统常见的故障有：过压、过流、短路以及电弧，其中电弧对设备以及人身安全产生的危害性最大。

现有的弧光检测探头主要是基于光纤传感器的，生产厂家国外的有ABB、Littelfuse、Schneider、VAMP以及GeneralElectric，国内的主要以南京五石金传感技术有限公司为主。这几家公司的产品大多采用电弧闪烁时的光信号进行检测，而忽略弧光闪烁事件发生时伴随的声音信号。仅仅在GeneralElectricCompany设计的弧光传感器中采用的是声光检测，但是该系统采用的是双光纤并排平行放置的结构。由光纤传感器的相关文献资料可知，这种并排平行放置的双光纤结构会限制其灵敏度的提高。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种夹角式双光纤弧光检测探头，包括：前置套管、膜片、发射光纤、接收光纤、光纤固定支架、后置套管、光源和光信号探测器；所述发射光纤与所述光源相连接，所述接收光纤与所述光信号探测器相连接，所述光源发出的光信号通过所述发射光纤射向所述膜片，经所述膜片反射进入所述接收光纤被所述光信号探测器所探测；所述膜片能够感应电弧所产生的声音信号而产生相应的振动，从而改变光信号探测器接收到的所述光源所发出的光信号的强度；所述前置套管、光纤固定支架、后置套管中的至少一个采用掺有荧光物质的材料制成，所述荧光物质能够将电弧所产生的弧光转换为与之相对应的荧光信号，从而改变光信号探测器接收到的所述荧光信号的强度。

在上述技术方案中，膜片的厚度为1-3μm，表面镀金。

在上述技术方案中，所述膜片的一面与所述发射光纤的发射端和所述接收光纤的接收端距离10～100μm。

在上述技术方案中，所述光纤固定支架为圆台状，其两侧的侧面上对称设有导纤槽，分别用来将所述发射光纤与所述接收光纤固定于所述导纤槽，以使得所述发射光纤的发射端与所述接收光纤的接收端之间呈30～90度的夹角。

在上述技术方案中，所述发射光纤和接收光纤为双芯塑料光纤，芯径为980μm，外径为1000μm，数值孔径为0.5。

在上述技术方案中，前置套筒具有导声与导光的作用，前置套筒与膜片之间进一步固定设置有防尘过滤网。

在上述技术方案中，后置套管为一体结构，包括套管和尾管，其中套管上设置有导光孔和注胶孔。

在上述技术方案中，所述导光孔等间距地分布在套管上，以使得电弧弧光能够直接穿过所述导光孔进入所述接收光纤。

在上述技术方案中，所述注胶孔均匀分布于套管的左端和右端，通过所述注胶孔向后置套管内注入液体胶水以完成后置套管内部件的粘结固定。

本发明取得了以下技术效果：

采用夹角式双光纤结构，基于强度反射型光纤传感器进行设计，能够同时检测电弧弧光闪烁事件发生时的声音信号以及光信号，系统灵敏度高，并且能够实现自检功能。

附图说明

图1是本发明弧光检测探头的分解视图；

图2是本发明弧光检测探头的外部结构示意图；

图3是本发明弧光检测探头的前置套管结构示意图；

图4是本发明弧光检测探头的膜片结构示意图；

图5是本发明弧光检测探头的光纤支架结构示意图；

图6是本发明弧光检测探头的后置套管结构示意图；

其中：

1、前置套管；1a、端面；

2、防尘过滤网；3、膜片；

4、光纤固定支架；5a、发射光纤；

5b、接收光纤；6、光纤；

7、注胶孔；8、导光孔；

9、后置套管；9a、套管；

9b、尾管；10、支架；

11、出纤孔；12、导纤槽；

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供一种夹角式双光纤弧光检测探头，其基于强度反射型光纤传感器进行设计，能够同时检测弧光闪烁事件发生时的声音信号以及光信号。

如图1-2所示，该夹角式双光纤弧光检测探头包括：前置套管1、膜片3、发射光纤5a、接收光纤5b、光纤固定支架4以及后置套管9。

前置套筒1如图3所示，具有导声与导光的作用。前置套筒1与膜片3之间进一步固定设置有防尘过滤网2，既可以防尘也可以防止整个探头因异物扎入而损坏膜片3。

膜片3如图4所示，位于前置套筒1和光纤固定支架4之间，膜片3的厚度为1-3μm，优选为2μm左右，采用镀金的圆片结构，可将其固定于圆形金属垫片上，膜片3的一面用胶粘贴于前置套筒1的端面1a上，另一面距离发射光纤5a的发射端和接收光纤5b的接收端约10～100μm。在膜片3上镀金可以提高其反射率，以形成反射式光纤传感器，由因为膜片3足够薄，所以具有一定的透光性，这样前置套筒1也可以将电弧产生的弧光信号导入至接收光纤5b。

光纤固定支架4如图5所示，为圆台状，圆台两侧的侧面上对称设有导纤槽12，分别用来将发射光纤5a与接收光纤5b固定于该导纤槽12内，两个导纤槽12轴线之间的夹角β为30～90度，以使得发射光纤5a的发射端与接收光纤5b的接收端之间呈30～90度的夹角(即两光纤之间的夹角)。

发射光纤5a与接收光纤5b采用双芯塑料光纤(POF)，光纤的参数：芯径为980μm，外径为1000μm，数值孔径为0.5。

后置套管9如图6所示，为一体结构，包括套管9a和尾管9b，其中套管9a上等间距地分布有导光孔8和注胶孔7，导光孔8和注胶孔7可以具有不同的尺寸。导光孔8是结合光纤固定支架进行设计的，因为光纤固定支架4前端较小，当发生弧光闪烁事件时，部分光信号也能够直接进入到探头内部被接收光纤5b感应。注胶孔7均匀分布于后置套管9的左端和右端，当探头内部所有器件位置调整完成以后，可以通过注胶孔注入液体胶水完成所有器件的粘贴固定。

尾管9b为圆柱结构，其上开有与发射光纤5a和接收光纤5b相匹配的出纤孔11。尾管9b实现发射光纤5a和接收光纤5b的靠近。在光纤固定架4上将两根光纤成一定的夹角，而双芯光纤又使两根光纤收缩在一起，中间的过渡即在尾管9b中完成，同时尾管9b可以实现整个探头与支架10的固定。

尾管9b中还可进一步设置有光源和光信号探测器(图中未示出)，发射光纤5a与光源相连接，接收光纤5b与光信号探测器相连接。光源发出的光信号通过发射光纤5a射向膜片3，经过膜片3的反射进入接收光纤5b被光信号探测器所探测。膜片3能够感应电弧所产生的声音信号而产生相应的振动，膜片3的振动能够改变接收光纤5b接收到的光信号强度，从而通过光信号探测器能够探测到膜片3的振动，进而探测到电弧所产生的声音事件。

由于采用双光纤的结构，光源所发射出来的光具有两个作用：当没有弧光信号时，可以实现探头的自检功能，即判断光信号探测器的完好性；当发生电弧时，经膜片发射的光可以检测伴随弧光信号的声音信号。

当电弧产生弧光时，弧光信号可以通过前置套筒1和套管9a上的导光孔8都能进入接收光纤5b被光信号探测器所探测。为了能更好的检测到光信号，在探头外部整个套管(包括前置套管1以及套管9a，甚至于光纤固定支架4)中均加入与弧光中波长相吻合的荧光材料，且前置套筒1和后置套筒9均优选采用掺有荧光物质的塑料制成，因此当出现电弧弧光时，弧光中与荧光激发波长相吻合的光能量被荧光材料转换为与弧光信号相应的荧光信号(其余光能量则被散射)，经导光孔8以及套管9a导入到接收光纤5b中，这样接收光纤5b中的光信号强度发生变化。因为电弧弧光的光强度超过正常照明光强的2000倍，其激发的荧光强度远大于光源发出的自检光信号，所以光信号探测器能够及时检测出弧光。

以上实施方案仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照实施方案对本发明进行了详细说明，但对于本领域技术人员应对理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，可在形式上和细节上对本发明做出各种变化，其并未脱离本专利的技术与精神。

Claims (9)

1.一种夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于包括：前置套管、膜片、发射光纤、接收光纤、光纤固定支架、后置套管、光源和光信号探测器；

所述发射光纤与所述光源相连接，所述接收光纤与所述光信号探测器相连接，所述光源发出的光信号通过所述发射光纤射向所述膜片，经所述膜片反射进入所述接收光纤被所述光信号探测器所探测；

所述膜片能够感应电弧所产生的声音信号而产生相应的振动，从而改变光信号探测器接收到的所述光源所发出的光信号的强度；

所述前置套管、光纤固定支架、后置套管中的至少一个采用掺有荧光物质的材料制成，所述荧光物质能够将电弧所产生的弧光转换为与之相对应的荧光信号，从而改变光信号探测器接收到的所述荧光信号的强度。

2.根据权利要求1所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：膜片的厚度为1-3μm，表面镀金。

3.根据权利要求1所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：所述膜片的一面与所述发射光纤的发射端和所述接收光纤的接收端距离10～100μm。

4.根据权利要求1所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：所述光纤固定支架为圆台状，其两侧的侧面上对称设有导纤槽，分别用来将所述发射光纤与所述接收光纤固定于所述导纤槽，以使得所述发射光纤的发射端与所述接收光纤的接收端之间呈30～90度的夹角。

5.根据权利要求1所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：所述发射光纤和接收光纤为双芯塑料光纤，芯径为980μm，外径为1000μm，数值孔径为0.5。

6.根据权利要求1所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：前置套筒具有导声与导光的作用，前置套筒与膜片之间进一步固定设置有防尘过滤网。

7.根据权利要求1所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：后置套管为一体结构，包括套管和尾管，其中套管上设置有导光孔和注胶孔。

8.根据权利要求7所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：所述导光孔等间距地分布在套管上，以使得电弧弧光能够直接穿过所述导光孔进入所述接收光纤。

9.根据权利要求7所述的夹角式双光纤弧光检测探头，其特征在于：所述注胶孔均匀分布于套管的左端和右端，通过所述注胶孔向后置套管内注入液体胶水以完成后置套管内部件的粘结固定。