CN106405310A - 一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，包括光源、光探测器、自检光纤、探测光纤、光学玻璃罩、反射镜，所述自检光纤的一端连接所述光源，所述自检光纤的另一端连接所述反射镜，所述探测光纤的一端连接所述光探测器，所述探测光纤的另一端设置有探测光光纤端面，所述反射镜、所述探测光光纤端面均设置于所述光学玻璃罩的内部，所述光学玻璃罩的内部涂覆设置有光学镀膜层，所述自检光纤与所述探测光纤的右侧熔融组成塑料光纤耦合区，所述塑料光纤耦合区设置于所述光学玻璃罩内部，所述塑料光纤耦合区的中心设置有融合纤芯耦合区。本发明可以实现对传感器的实时检测，从而提高了弧光保护系统的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器及方法，属于电力系统弧光保护传感技术领域。
背景技术
近年来，随着国内电力工业的高速发展，中低压开关柜的应用数量越来越多。开关柜作为母线上的一个节点，是整个线路绝缘的薄弱环节，绝缘故障高发。开关柜内部电弧光短路是一种频发性、灾难性故障，越来越严重地威胁着电力设备的安全运行。开关柜内部的电弧短路故障，往往由于没有得到及时清除，发展成为中低压母线故障,造成供电系统失稳、大面积停电、开关设备严重烧毁等灾难性后果，甚至造成人身伤亡事故。所以，采取有效的弧光保护措施，对提高电力系统的安全性，具有重大意义。
开关柜弧光保护系统在探测出弧光时，可以在极短的时间内切断回路，从而保证电力设备的安全。因此，设计弧光探测传感器实现对弧光保护非常重要。弧光探测传感器通过检测产生弧光时的可见光或紫外光谱，判断弧光的产生。传感器的接收端和探头之间通过光纤连接。但是这种方法存在缺陷：传感器的接收端与传感探头之间相隔几十米，当连接两端的光纤发生断裂时，传感器将会失效。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种基于塑料光纤的带自检功能的双光纤弧光探测传感器。传感探头完全无源，适合电力系统应用，并且该传感器具有结构可靠、工艺简单成本低廉等优点。
本发明的目的在于，提供一种具有自检功能的双光纤弧光传感器及方法，该传感器不但可以检测弧光的产生，并且可以监测自身的工作状态，提高弧光保护系统的可靠性。
本发明采用如下技术方案：一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，包括光源、光探测器、自检光纤、探测光纤、光学玻璃罩、反射镜，所述自检光纤的一端连接所述光源，所述自检光纤的另一端连接所述反射镜，所述探测光纤的一端连接所述光探测器，所述探测光纤的另一端设置有探测光光纤端面，所述反射镜、所述探测光光纤端面均设置于所述光学玻璃罩的内部，所述光学玻璃罩的内部涂覆设置有光学镀膜层，所述自检光纤与所述探测光纤的右侧熔融组成塑料光纤耦合区，所述塑料光纤耦合区设置于所述光学玻璃罩内部，所述塑料光纤耦合区的中心设置有融合纤芯耦合区。
优选地，光源采用650nm红光LED。
优选地，光探测器采用硅基光探测器。
优选地，自检光纤与探测光纤均采用通信塑料光纤。
优选地，光学镀膜层采用无机紫外荧光粉。
优选地，反射镜采用镀银反射镜。
优选地，塑料光纤耦合区的制作方法包括如下步骤：
步骤S1将自检光纤和探测光纤的涂覆层和包层剥去一半，漏出一半纤芯；
步骤S2将步骤S1获得的自检光纤的一半纤芯与探测光纤的一半纤芯重叠在一起，加热至熔融状态；
步骤S3逐步冷却光纤，此时自检光纤的一半纤芯与探测光纤的一半纤芯融合成一体制得塑料光纤耦合区。
本发明还提出一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1自检，包括：光源周期性发出红光信号作为自检光信号，经自检光纤和塑料光纤耦合区入射反射镜，经过反射镜反射后再次进入塑料光纤耦合区；然后自检光信号经塑料光纤耦合区后进入探测光纤，并由探测光纤送入光探测器；最后光探测器通过检测自检光信号判断双光纤弧光探测传感器是否工作正常，若检测到自检光信号则判断工作正常，否则判断为不工作正常；
步骤SS2探测，包括：当外界产生弧光时，弧光照射并通过在光学玻璃罩，弧光紫外分量与光学镀膜层中的紫外荧光粉发生反应，激发红光信号，然后激发红光信号进入探测光纤，经过塑料光纤耦合区后，并最终被光探测器检测，光探测器通过检测该激发红光信号判断是否发生弧光，若检测到激发红光信号，则判断为发生弧光，否则判断为不发生弧光。
本发明所达到的有益效果：(1)本发明提出的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器除了探测弧光信号外，可以实现对传感器的实时检测，从而提高了弧光保护系统的可靠性；(2)本发明的光传感器的探头完全无源，适合电力系统相关行业使用；(3)本发明采用廉价的塑料光纤和LED光源，结构简单，成本低廉。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的塑料光纤耦合区的结构示意图。
图中标记的含义：1-光源，2-光探测器，3-自检光纤，4-探测光纤，5-光学玻璃罩，6-光学镀膜层，7-塑料光纤耦合区，8-反射镜，9-探测光光纤端面，10-融合纤芯耦合区。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
图1是本发明的结构示意图。本发明提出一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，包括光源1、光探测器2、自检光纤3、探测光纤4、光学玻璃罩5、反射镜8，自检光纤3的一端连接光源1，自检光纤3的另一端连接反射镜8，探测光纤4的一端连接光探测器2，探测光纤4的另一端设置有探测光光纤端面9，反射镜8、探测光光纤端面9均设置于光学玻璃罩5的内部，光学玻璃罩5的内部涂覆设置有光学镀膜层6，可以根据实际的需求选择镀膜方案：如果传感器用于检测弧光中的可见光和红外波段，一般采用增透膜；如果传感器用于检测弧光的紫外光波段，采用荧光粉，将紫外光变为可见光，然后通过探测光纤4接收。
自检光纤3与探测光纤4的右侧熔融组成塑料光纤耦合区7，塑料光纤耦合区7设置于光学玻璃罩5内部，塑料光纤耦合区7的中心设置有融合纤芯耦合区10。
作为一种较佳的实施例，光源1采用650nm红光LED。
作为一种较佳的实施例，光探测器2采用硅基光探测器。
作为一种较佳的实施例，自检光纤3与探测光纤4均采用通信塑料光纤。
作为一种较佳的实施例，光学镀膜层6采用无机紫外荧光粉。
作为一种较佳的实施例，反射镜8采用镀银反射镜。
图2是本发明的塑料光纤耦合区的结构示意图。塑料光纤耦合区7的制作方法包括如下步骤：
步骤S1将自检光纤3和探测光纤4的涂覆层和包层剥去一半，漏出一半纤芯；
步骤S2将步骤S1获得的自检光纤3的一半纤芯与探测光纤4的一半纤芯重叠在一起，加热至熔融状态；
步骤S3逐步冷却光纤，此时自检光纤3的一半纤芯与探测光纤4的一半纤芯融合成一体变成微椭圆形，制得塑料光纤耦合区7。
本发明还提出一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1自检，包括：光源1周期性发出红光信号作为自检光信号，经自检光纤3和塑料光纤耦合区7入射到自检光纤3端面的反射镜8上，经过反射镜8反射后再次进入塑料光纤耦合区7；然后自检光信号经塑料光纤耦合区7后进入探测光纤4，并由探测光纤4送入光探测器2；最后光探测器2通过检测自检光信号判断双光纤弧光探测传感器是否工作正常，若检测到自检光信号则判断工作正常，否则判断为不工作正常；
步骤SS2探测，包括：当外界产生弧光时，弧光照射并通过在光学玻璃罩5，弧光紫外分量与光学镀膜层6中的紫外荧光粉发生反应，激发红光信号，然后激发红光信号进入探测光纤4，经过塑料光纤耦合区7后，并最终被光探测器2检测，光探测器2将激发红光信号转为与其成正比的电信号，通过检测该电信号判断是否发生弧光，若检测到电信号，则判断为发生弧光，否则判断为不发生弧光。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，包括光源(1)、光探测器(2)、自检光纤(3)、探测光纤(4)、光学玻璃罩(5)、反射镜(8)，所述自检光纤(3)的一端连接所述光源(1)，所述自检光纤(3)的另一端连接所述反射镜(8)，所述探测光纤(4)的一端连接所述光探测器(2)，所述探测光纤(4)的另一端设置有探测光光纤端面(9)，所述反射镜(8)、所述探测光光纤端面(9)均设置于所述光学玻璃罩(5)的内部，所述光学玻璃罩(5)的内部涂覆设置有光学镀膜层(6)，所述自检光纤(3)与所述探测光纤(4)的右侧熔融组成塑料光纤耦合区(7)，所述塑料光纤耦合区(7)设置于所述光学玻璃罩(5)内部，所述塑料光纤耦合区(7)的中心设置有融合纤芯耦合区(10)。
2.根据权利要求1所述的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，所述光源(1)采用650nm红光LED。
3.根据权利要求1或2任一所述的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，所述光探测器(2)采用硅基光探测器。
4.根据权利要求1至3任一所述的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，所述自检光纤(3)与所述探测光纤(4)均采用通信塑料光纤。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，所述光学镀膜层(6)采用无机紫外荧光粉。
6.根据权利要求1至5任一所述的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，所述反射镜(8)采用镀银反射镜。
7.根据权利要求1至6任一所述的一种具有自检功能的双光纤弧光探测传感器，其特征在于，所述塑料光纤耦合区(7)的制作方法包括如下步骤：
步骤S1将所述自检光纤(3)和所述探测光纤(4)的涂覆层和包层剥去一半，漏出一半纤芯；
步骤S2将所述步骤S1获得的所述自检光纤(3)的一半纤芯与所述探测光纤(4)的一半纤芯重叠在一起，加热至熔融状态；
步骤S3逐步冷却光纤，此时所述自检光纤(3)的一半纤芯与所述探测光纤(4)的一半纤芯融合成一体制得所述塑料光纤耦合区(7)。
8.一种采用权利要求1所述的具有自检功能的双光纤弧光探测传感器的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤SS1自检，包括：光源(1)周期性发出红光信号作为自检光信号，经自检光纤(3)和塑料光纤耦合区(7)入射反射镜(8)，经过反射镜(8)反射后再次进入塑料光纤耦合区(7)；然后自检光信号经塑料光纤耦合区(7)后进入探测光纤(4)，并由探测光纤(4)送入光探测器(2)；最后光探测器(2)通过检测自检光信号判断双光纤弧光探测传感器是否工作正常，若检测到自检光信号则判断工作正常，否则判断为不工作正常；
步骤SS2探测，包括：当外界产生弧光时，弧光照射并通过在光学玻璃罩(5)，弧光紫外分量与光学镀膜层(6)中的紫外荧光粉发生反应，激发红光信号，然后激发红光信号进入探测光纤(4)，经过塑料光纤耦合区(7)后，并最终被光探测器(2)检测，光探测器(2)通过检测该激发红光信号判断是否发生弧光，若检测到激发红光信号，则判断为发生弧光，否则判断为不发生弧光。
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