CN112305455A - 一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，包括2个结构相同的弧光探头、以及与2个弧光探头通过光纤连接的光电检测模块；所述光电检测模块生成编码光脉冲信号，并将所述编码光脉冲信号通过光纤发送至所述弧光探头，弧光探头检测的光信号在通过光纤发送回光电检测模块，光电检测模块将接收的光信号和所述编码光脉冲信号进行对比分析是否存在弧光信号和光纤是否发生断线。本发明采用编码光脉冲信号可对光纤断线进行实时检测，避免了干扰信号的影响，后续数据分析更精确，避免误报警的现象，从而避免弧光保护装置拒动。
Description
技术领域
本发明属于电力保护装置技术领域，特别是涉及一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器。
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，但是由于光纤断线时也会产生“假”弧光被接收端检测，进而造成报警或切断回路的现象，并且在光纤断线后，传感器失效，给后续工作人员维修带来不便。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，该传感器通过编码脉冲信号不仅能实现对弧光检测，还可检测出光纤断线现象。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，包括2个结构相同的弧光探头、以及与2个弧光探头通过光纤的光电检测模块；
所述光电检测模块生成编码光脉冲信号，并将所述编码光脉冲信号通过光纤发送至所述弧光探头，弧光探头检测的光信号在通过光纤发送回光电检测模块，光电检测模块将接收的光信号和所述编码光脉冲信号进行对比分析是否存在弧光信号和光纤是否发生断线。
进一步地，所述弧光探头包括基座、U型导光器件、光学玻璃罩和非标ST接口，U型导光器件和非标ST接口连接且安装在基座的两侧，光学玻璃罩安装在基座上并将所述U型导光器件包覆在内。
进一步地，所述光学玻璃罩内填充有荧光材料。
进一步地，根据所述荧光材料不同可将所述弧光探头分为紫外弧光探头和全光谱探头。
进一步地，所述光电检测模块包括加载数据处理模块的控制器、以及与控制器连接的光电转换模块和光电驱动发送模块；所述光电驱动发送模块连接有2个发光器，根据控制器发送的编码信号生成不同的发光器控制信号，控制发光器生成编码光脉冲信号；所述光电转换模块接收所述弧光探头返回的光信号，并将光信号转化为电信号发送给控制器，控制器内的数据处理模块将电信号与编码信号进行对比判断是否存在弧光信号和光纤是否发生断线。
进一步地，所述控制器采用STM8单片机。
进一步地，所述控制器连接有报警装置，当检测到弧光信号或光纤断线时启动报警装置报警。
进一步地，所述光纤采用单纤双芯的塑料光纤线。
进一步地，将接收的光信号和所述编码光脉冲信号进行对比分析具体是指：
光信号与编码光脉冲信号相同，则为无弧光信号且光纤正常；
光信号与编码光脉冲信号不相同且为长时间的光信号，则为有弧光信号且光纤正常；
光信号与编码光脉冲信号不相同且为短时间的光信号，则为无弧光信号且光纤断线。
进一步地，所述编码光脉冲信号的长度大于光纤断线产生的光信号长度。
本发明采用编码光脉冲信号可对光纤断线进行实时检测，避免了干扰信号的影响，后续数据分析更精确，避免误报警的现象，从而避免弧光保护装置拒动。
附图说明
图1为本发明的双光纤弧光探测传感器结构示意图。
图2为本发明的弧光探头结构示意图。
图中标记：11、基座；12、非标ST接口；13、U型导光件；14、光学玻璃罩。
具体实施方式
本实施例提供了一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，该弧光探测传感器通过编码脉冲信号对光纤进行自检，检测结果更准确。
如图1所示，所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器包括2个结构相同的弧光探头、以及与2个弧光探头通过光纤连接的光电检测模块。
所述弧光探头用于探测弧光以及传递编码光脉冲信号，如图2所示，本实施例所述弧光探头包括基座11、非标ST接口12、U型导光件13和光学玻璃罩14，非标ST接口12内设有入口和出口，入口和出口分别连接一根光纤，其中一根光纤与光电检测模块的信号发送端连接，另一个光纤与光电检测模块的信号接收端连接，非标ST接口12固定安装在基座11的一侧，U型导光件13具有外表感光特性和内部导光特性，其固定安装在基座11的另一侧且U型导光件13两端分别与非标ST接口12的入口和出口导通；光学玻璃罩14安装在基座11上并将U型导光件13包覆在内，光学玻璃罩14与U型导光件13之间填充有用于采集弧光信号的荧光材料，根据填充的荧光材料不同可将弧光探头分为紫外弧光探头和全光谱探头；全光谱探头的光谱响应带宽为280nm~700nm；紫外弧光探头的光谱响应带宽为280nm~400nm。本实施例通过光学玻璃罩14和荧光材料采集弧光信号并通过U型导光件13的外表感光特性将弧光信号发送给光电检测模块，通过U型导光件13的内部导光特性将弧光信号和断线光信号以及编码光脉冲信号发送给光电检测模块。
需要说明的是，非标ST接口12没有绝对的入口和出口，两个口的结构相同，均与U型导光件13连通，当一端是输入光信号时候即为入口，另一端则为出口。
所述光电检测模块用于生成编码光脉冲信号以及接收弧光探头返回的光信号，它包括控制器、以及与控制器连接的光电转换模块和光电驱动发送模块，所述控制器采用具有数据处理和存储能力的单片机实现，具体采用STM8单片机，该单片机是一种低成本、通用微型控制器，通过增强型堆栈指针运算、先进的寻址模式和新指令实现快速、安全的开发，且内部加载有ADC模块，留有2个接口可实现双线程数据处理，实现一个控制器连接2个弧光探头，单片机内加载具有数据处理模块，数据处理模块用于生成编码信号，以及根据编码信号实现对弧光信号和断线信号进行判定，所述光电驱动发送模块包括驱动器、以及与驱动器连接的发光器，驱动器与控制器连接，控制器将所述编码信号发送给驱动器，驱动器根据编码信号控制发光器产生编码光脉冲信号，发光器与连接在非标ST接口12的其中一根光纤连接。另一根光纤与所述光电转换模块连接，所述光电转换模块用于将光信号转换为数字电信号，将数字电信号再发送给控制器，控制器接收所述数字电信号与编码信号进行对比检测是否存在弧光信号或断线信号。
本实施例结合具体的编码信号进行说明，本实施例以“110101011001”为编码信号对本实施例的传感器进行解释说明，控制器内的数据处理模块先生成所述编码信号110101011001，根据数据处理模块的程序设计每次发送的编码信号不同，也可以是固定的相同的编码信号，但需要说明的编码信号没有尽量避免连续的相同的信号。然后将所述编码信号110101011001发送至驱动器，驱动器根据所述编码信号控制发光器产生编码光脉冲信号[110101011001]，具体是0为发光器不发光，1为发光器发生，进而通过发光器是否发光形成编码光脉冲信号[110101011001]，编码光脉冲信号[110101011001]通过光纤传输至弧光探头，弧光探头可通过U型导光件13将编码光脉冲信号[110101011001]从另一个光纤传输到光电转换模块，光电转换模块将编码光脉冲信号[110101011001]转换为数字电信号（110101011001），并将所述数字电信号（110101011001）与编码信号110101011001进行对比分析，若相同，则无弧光信号和光纤完好。
当开关柜内发生弧光时，弧光激发光学玻璃罩14内的荧光材料发光，发光被U型导光件13和光纤传输到光电转换模块，光电转换模块将弧光信号转换数字电信号（111111111111），该数字电信号为连续的光信号，数据处理模块将其归为弧光信号，并生成弧光报警信号。控制器根据弧光报警信号驱动与其连接的报警器报警或者与其连接的通信模块上传至上位机，上位机进行报警。
当光纤发生断线瞬间，因光纤断线会产生一段时间的光信号[111111110000]，该光信号[111111110000]发送至光电转换模块转换至数字电信号（111111110000），数字信号中间有小一段的连续的光信号，则判定为断线信号，进而生成光纤断线报警信号。控制器根据弧光报警信号驱动与其连接的报警器报警或者与其连接的通信模块上传至上位机，上位机进行报警。
特别说明的是，所述编码光脉冲信号的长度大于光纤断线所产生的光信号，弧光信号为持续输出的信号，可以更好将编码光脉冲信号、断线光信号和弧光信号进行区分，便于数据处理模块处理；同时，编码光脉冲信号还主要用于区别弧光信号或其他干扰光信号，当设备正在做光纤断线测试时发生故障产生弧光，真实弧光是连续光，装置会根据接收到的光信号不是自己发出的检测编码光信号判断出是真实故障，从而避免弧光保护拒动。
本实施例还涉及一种单纤双芯的塑料光纤线，所述单纤双芯的塑料光纤线一端连接有两个标准ST接口，另一端与弧光探头的非标ST接口12，实现本实施例不仅能实现弧光信号检测，还能实现对断线信号检测，同时避免了干扰信号对编码信号的影响。
以上所述仅是本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何基于本发明所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：包括2个结构相同的弧光探头、以及与2个弧光探头通过光纤连接的光电检测模块；
所述光电检测模块生成编码光脉冲信号，并将所述编码光脉冲信号通过光纤发送至所述弧光探头，弧光探头检测的光信号在通过光纤发送回光电检测模块，光电检测模块将接收的光信号和所述编码光脉冲信号进行对比分析是否存在弧光信号和光纤是否发生断线。
2.根据权利要求1所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述弧光探头包括基座、U型导光器件、光学玻璃罩和非标ST接口，U型导光器件和非标ST接口连接且安装在基座的两侧，光学玻璃罩安装在基座上并将所述U型导光器件包覆在内。
3.根据权利要求2所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述光学玻璃罩内填充有荧光材料。
4.根据权利要求3所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：根据所述荧光材料不同可将所述弧光探头分为紫外弧光探头和全光谱探头。
5.根据权利要求1所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述光电检测模块包括加载数据处理模块的控制器、以及与控制器连接的光电转换模块和光电驱动发送模块；所述光电驱动发送模块连接有2个发光器，根据控制器发送的编码信号生成不同的发光器控制信号，控制发光器生成编码光脉冲信号；所述光电转换模块接收所述弧光探头返回的光信号，并将光信号转化为电信号发送给控制器，控制器内的数据处理模块将电信号与编码信号进行对比判断是否存在弧光信号和光纤是否发生断线。
6.根据权利要求5所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述控制器采用STM8单片机。
7.根据权利要求6所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述控制器连接有报警装置，当检测到弧光信号或光纤断线时启动报警装置报警。
8.根据权利要求1所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述光纤采用单纤双芯的塑料光纤线。
9.根据权利要求1所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：将接收的光信号和所述编码光脉冲信号进行对比分析具体是指：
光信号与编码光脉冲信号相同，则为无弧光信号且光纤正常；
光信号与编码光脉冲信号不相同且为长时间的光信号，则为有弧光信号且光纤正常；
光信号与编码光脉冲信号不相同且为短时间的光信号，则为无弧光信号且光纤断线。
10.根据权利要求9所述的基于编码脉冲信号的双光纤弧光探测传感器，其特征在于：所述编码光脉冲信号的长度大于光纤断线产生的光信号长度。
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