CN114034675A - 一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其技术特点是：选取荧光光纤的光纤包层材料的光折射系数、纤芯材料的光折射系数、待测光波长、放电发射光谱约化强度分布、荧光激发光谱约化强度分布，计算光子引起的荧光激发强度；计算光纤对光子的捕获效率；计算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率；计算光纤的整体激发效率。本发明设计合理，其计算准确，可将其应用于电力设备局部放电检测等的光电测量系统的光纤选型和光纤荧光物质掺杂等系统开发和参数优化工作，适用于电力设备状态监测和故障诊断领域。
Description
技术领域
本发明属于电力设备监测技术领域，尤其是一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法。
背景技术
绝缘子是电力设备中机械支撑和电气隔离的关键部位，同时也是绝缘系统中易受威胁的薄弱环节。在制造工艺、运输安装、应力释放及运行过程中造成的绝缘损伤等，都可能引起绝缘子表面异常放电，导致绝缘失效。
近年来国内外学者对气体-绝缘子界面放电特性开展了多项研究，对绝缘界面放电特性、多物理现象和影响因素有了较为深入的认识，并且提出了光测法对电力设备局部放电检测。光测法因其具有较好的抗干扰性和较高的检测置信度，在电力设备局部放电检测中凸显出优势，例如荧光光纤法、多光谱检测法和紫外脉冲法等。其中，荧光光纤或荧光光导法的原理是利用荧光光纤对放电光辐射的频移特性，并采用光电转换器件进行光脉冲探测。由于大多数塑料荧光裸光纤本身具有良好的绝缘性能和极长的荧光物质半衰期，所以荧光光纤是作为内置式光学耦合方式的首选。
虽然荧光光纤对气固界面放电或气体放电的有效性得到了充分的论证，但其检测系统的对象适用性、参数配合和参数优化方面的系统性研究相对较少，绝缘子表面放电发射光谱的荧光激发效率、光纤光学参数配合以及光电器件的参数优化等影响测量效果的关键因素还需要进一步研究和明确。如何准确计算光电测量系统的荧光光纤激发效率是目前迫切需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，能够准确计算光电测量系统的荧光光纤激发效率。
本发明解决现有的技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，包括以下步骤：
步骤1、选取荧光光纤关键参数，包括：光纤包层材料的光折射系数nc1、纤芯材料的光折射系数nc0、待测光波长λ、放电发射光谱约化强度分布I’inc,λ、荧光激发光谱约化强度分布EXλ；
步骤2、根据放电发射光谱约化强度分布I’inc,λ和荧光激发光谱约化强度分布EXλ，计算光子引起的荧光激发强度rex,λ；
步骤3、根据光纤包层材料的光折射系数nc1和纤芯材料的光折射系数nc0，计算光纤对光子的捕获效率TE；
步骤4、根据光子引起的荧光激发强度rex,λ和光纤对光子的捕获效率TE，计算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ；
步骤5、根据光子引起的荧光激发强度rex,λ，计算光纤的整体激发效率rex,tot。
而且，所述步骤5后还包括如下步骤：通过对比荧光光纤的荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ和整体激发效率rex,tot，选择合适进行光电测量所需检测波长为λ的光的荧光光纤，为光电测量系统的光纤选型和光纤荧光物质掺杂提供依据。
而且，所述步骤2采用如下公式计算光子引起的荧光激发强度rex,λ：
而且，所述步骤3采用如下公式计算光纤对光子的捕获效率TE：
TE＝1-(nc1/nco)2。
而且，所述步骤4采用如下公式计算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ：
ηex,λ＝TE·rex,λ。
而且，所述步骤5采用如下公式计算光纤的整体激发效率rex,tot：
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其根据放电发射光谱约化强度分布、荧光激发光谱约化强度分布、光纤包层材料的光折射系数、纤芯材料的光折射系数及待测光波长λ，计算得到光子引起的荧光激发强度、光纤对光子的捕获效率、荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率和荧光光纤的整体激发效率，将得到的整体激发效率应用于电力设备局部放电检测等的光电测量系统的光纤选型和光纤荧光物质掺杂等系统开发和参数优化工作，为光电测量系统的光纤选型和光纤荧光物质掺杂提供依据，可广泛用于电力设备状态监测和故障诊断领域。
附图说明
图1为本发明光电测量系统的荧光光纤激发效率计算流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例做进一步详述。
一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、选取荧光光纤关键参数，包括：光纤包层材料的光折射系数nc1、纤芯材料的光折射系数nc0、待测光波长λ、放电发射光谱约化强度分布I’inc,λ、荧光激发光谱约化强度分布EXλ。
步骤2、根据放电发射光谱约化强度分布I’inc,λ和荧光激发光谱约化强度分布EXλ，计算光子引起的荧光激发强度rex,λ。
在本步骤中，取荧光激发光谱分布范围边界为积分上下限，根据被捕获光子中能够引起荧光激发效应的统计比例由放电发射光谱和光纤激发光谱共同决定。在计算时，通过光纤入射光强度与荧光激发光强度在波长λ上几何均值，采用下式计算得到光子引起的荧光激发强度rex,λ：
步骤3、根据光纤包层材料的光折射系数nc1和纤芯材料的光折射系数nc0，计算光纤对光子的捕获效率TE。
在本步骤中，考虑光子捕获效率由荧光光纤包层材质和芯材的光学性质所决定，与荧光材料掺杂的浓度无明显关系的特点，采用下式计算光纤对光子的捕获效率TE：
TE＝1-(nc1/nco)2 (2)
步骤4、根据光子引起的荧光激发强度rex,λ和光纤对光子的捕获效率TE，计算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ。
在本步骤中，根据荧光裸光纤激发效率取决光纤光子捕获效率和激发光谱响应能力的特点，采用下式估算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ：
ηex,λ＝TE·rex,λ (3)
步骤5、根据光子引起的荧光激发强度rex,λ，计算光纤的整体激发效率rex,tot。
在本步骤中，对光子引起的荧光激发强度rex,λ在整个放电发射光谱范围内的积分进行计算，即：按下式计算得到设定光纤的整体激发效率rex,tot。
步骤6、通过对比荧光光纤的荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ和整体激发效率rex,tot，选择合适进行光电测量所需检测波长为λ的光的荧光光纤，为光电测量系统的光纤选型和光纤荧光物质掺杂提供依据。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (6)
1.一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、选取荧光光纤关键参数，包括：光纤包层材料的光折射系数nc1、纤芯材料的光折射系数nc0、待测光波长λ、放电发射光谱约化强度分布I’inc,λ、荧光激发光谱约化强度分布EXλ；
步骤2、根据放电发射光谱约化强度分布I’inc,λ和荧光激发光谱约化强度分布EXλ，计算光子引起的荧光激发强度rex,λ；
步骤3、根据光纤包层材料的光折射系数nc1和纤芯材料的光折射系数nc0，计算光纤对光子的捕获效率TE；
步骤4、根据光子引起的荧光激发强度rex,λ和光纤对光子的捕获效率TE，计算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ；
步骤5、根据光子引起的荧光激发强度rex,λ，计算光纤的整体激发效率rex,tot。
2.根据权利要求1所述的一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其特征在于：所述步骤5后还包括如下步骤：通过对比荧光光纤的荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ和整体激发效率rex,tot，选择合适进行光电测量所需检测波长为λ的光的荧光光纤，为光电测量系统的光纤选型和光纤荧光物质掺杂提供依据。
3.根据权利要求1所述的一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其特征在于：所述步骤2采用如下公式计算光子引起的荧光激发强度rex,λ：
4.根据权利要求1所述的一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其特征在于：所述步骤3采用如下公式计算光纤对光子的捕获效率TE：
TE＝1-(nc1/nco)2。
5.根据权利要求1所述的一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其特征在于：所述步骤4采用如下公式计算荧光裸光纤对放电光辐射的激发效率ηex,λ：
ηex,λ＝TE·rex,λ。
6.根据权利要求1所述的一种光电测量系统的荧光光纤激发效率计算方法，其特征在于：所述步骤5采用如下公式计算光纤的整体激发效率rex,tot：
rex,tot＝∫λrex,λdλ。
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