CN117889918A - 一种用于gis故障检测的复合传感器及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于GIS故障检测的复合传感器及控制方法。本申请利用声压放大谐振腔放大超声波声压，通过传动机构和光纤光栅拉伸机构将放大的声压转化为作用于第一光纤光栅上应力，通过无应力的第二光纤光栅和有应力的第一光纤光栅的波长偏移差反应超声波情况，进而根据超声波情况确定局放故障类型；本申请利用第二光纤光栅随温度的波长偏移，第二光纤光栅针对不同波长窄带宽激光的反射谱强度差异测量温度，实现GIS故障的复合检测。本申请采用机械结构放大超声波特征，能提高灵敏度；用光信号进行温度超声波测量，不受电磁干扰，测量准确；复合测量，通信统一，性价比高。

Description

一种用于GIS故障检测的复合传感器及控制方法

技术领域

本发明涉及GIS故障检测领域，尤其涉及一种用于GIS故障检测的复合传感器及控制方法。

背景技术

气体绝缘全封闭组合电器是一种将断路器、隔离开关、接地开关、电流互感器、电压互感器、避雷器、母线等全部封闭在一个接地的金属壳内，内部充有0.4-0.6MPa的SF6气体来进行绝缘和灭弧的集约化电气设备。由于气体绝缘全封闭组合电器具有运行可靠性高、检修周期长、占地面积小等显著特点，近年来的到大量应用。

气体绝缘全封闭组合电器虽然可靠性高，但并非不会故障，气体绝缘全封闭组合电器缺陷会导致发生漏气故障，气隙、尖端、自由颗粒放电故障。由于设备制造和安装工艺原因，在绝缘子内侧存在一定的空隙和裂缝，导电体连接处也存在一定的缝隙，里面都会有SF6气体的存在。气体绝缘全封闭组合电器运行时有在电场作用下，缝隙两侧的电极积累到一定的电压，缝隙间的电场强度增大到超过SF6气体的绝缘强度时会发生气体击穿绝缘子间隙放电。此外放电过程中产生的自由电子，会沿绝缘子变电在电场作用下发生位移、导电体与绝缘盆间的缝隙间发生位移，改变绝缘子的绝缘性能。气体绝缘全封闭组合电器制造过程中工艺方面的问题、安装运行过程中发生磕碰，在气体绝缘全封闭组合电器内部的电极上就可能产生不规则的突起，即表面产生尖端。根据电场原理，毛刺周围的电场将会发生畸变，周围的场强变得特别大，当超过SF6气体的绝缘强度时，将会产生尖端放电，电晕放电虽然不会直接引起GIS设备的击穿，但若持续运行，尖端放电过程会与SF6气体发生化学反应，使气室内气体的绝缘强度逐步降低，最终导致气体击穿。自由颗粒放电因为气体绝缘全封闭组合电器在制造、运输、安装或者使用过程中由于各种原因导致在气体绝缘全封闭组合电器罐体内产生部分自由金属颗粒并附着在导体的表上。当设备通电运行时，气体绝缘全封闭组合电器内部将产生一个交流电场，自由金属颗粒在会受到一个电场力的作用，由于交流电场场强大小和方向会发生变化，自由金属颗粒将随着电压大小和方向的变化在气体绝缘全封闭组合电器罐体内往复性运行。金属颗粒在电场中运动的过程即表现为局部放电现象，放电持续发展将会导致设备击穿。如果运营维护人员不能及时发现故障隐患，极有可能造成电网事故，对人民生命和财产安全造成威胁。

在实际工程应用中，通过在气体绝缘全封闭组合电器安装传感器实现在线监测，通过传感器在气体绝缘全封闭组合电器正常运行过程中对设备运行状态及参数进行测量，所测数据能够正确反映设备实际运行状态，可以及时发现存在的隐患。目前，在气体绝缘全封闭组合电器中应用较为广泛的传感器有温度传感器、超声波局放传感器、特高频局放传感器、SF6气体湿度及组分传感器。各个传感器具有各自的功能，无法测量复合参数。

发明内容

为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本发明提供一种用于GIS故障检测的复合传感器及控制方法。

第一方面，本发明提供一种用于GIS故障检测的复合传感器，包括：覆盖GIS因故障产生超声波信号频段的声压放大谐振腔，所述声压放大谐振腔包含用于输出谐振的振动膜片，所述振动膜片中部设置传动机构；

所述传动机构抵触光纤光栅拉伸机构，所述光纤光栅拉伸机构连接第一光纤光栅，所述传动机构控制光纤光栅拉伸机构拉伸第一光纤光栅；

与所述第一光纤光栅并行设置的自由的第二光纤光栅，所述第一光纤光栅经单模光纤连接第一环形器，所述第一环形器经单模光纤连接第一合束器的输入和第二合束器的输出，所述第二合束器的输入连接第一激光光源，所述第二光纤光栅经单模光纤连接第二环形器，所述第二环形器连接第三合束器的输出和所述第一合束器的输入，所述第三合束器的输入连接第二激光光源和第三激光光源，所述第一合束器的输出连接光谱仪，其中，第二光纤光栅与所述第一光纤光栅，第一环形器与所述第二环形器，第二合束器与第三合束器的规格一致。

更进一步地，所述声压放大谐振腔包括：主腔壳体，所述主腔壳体的一端连通副腔壳体，所述主腔壳体的另一端通过振动膜片圈密封的连接设置振动膜片。

更进一步地，所述传动机构包括：传动针盘，所述传动针盘连接于所述振动膜片，所述传动针盘外侧固定传动针，所述传动针沿振动膜片中心的法向设置，所述传动针滑动设置于针鞘管中，所述针鞘管固定设置。

更进一步地，所述光纤光栅拉伸机构包括：第一桥形弹片，所述第一桥形弹片的两端分别对接第二桥形弹片的两端，第二桥形弹片和第一桥形弹片对称设置，所述第二桥形弹片固定设置于弹片固定座，所述第一桥形弹片和所述第二桥形弹片的两端分别设置光纤光栅固定座，所述光纤光栅固定座之间连接紧绷的所述第一光纤光栅。

更进一步地，所述第二激光光源和第三激光光源支持发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，其中，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧；

所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源支持发射参数一致的复合光。

更进一步地，所述第二合束器的输入连接第四激光光源；

所述第二激光光源和第三激光光源支持发射为波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，所述第一激光光源和第四激光光源支持发射为波长分别为/>和/>，强度一致的窄带宽激光，其中，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧；

所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源或第四激光光源支持发射参数一致的复合光；

根据温度情况判断是否发生温度异常或根据超声波情况判断是否发生局放异常，在发生温度异常或超声波异常时，进行相应的报警。

第二方面，本发明提供一种用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法，应用于所述的用于GIS故障检测的复合传感器，包括：

选择检测参量为温度或超声波；

对于检测参量为温度的情况，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长为和/>，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧，通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，根据强度差和温度的映射关系获得温度情况；

对于检测产量为超声波的情况，控制第三激光光源或第二激光光源中任一发射复合光，控制第一激光光源发射同样的复合光，通过光谱仪检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射光的波长情况，以获得波长偏移，并对波长偏移求差，根据波长偏移差获得超声波情况。

更进一步地，在无振动环境中，控制第一激光光源和第四激光光源分别发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长分别为/>和/>，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第一光纤光栅和第二光纤光栅在设定GIS温度，无外力条件下的中心波长两侧；

通过光谱仪检测第一光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差；通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光的两个反射峰的强度值做差，检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射峰值强度差是否一致，或进一步地调整温度，检测第一光纤光栅温度调整前后强度差的差值与第二光纤光栅温度调整前后强度差的差值是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

更进一步地，预先创建波长偏移差时序特征与局放异常种类之间的对应关系，根据波长偏移差时序特征判断GIS内局放异常类型。

更进一步地，检测GIS故障时，持续、自动地交替选择测量参量为温度和超声波。

本发明实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：

本申请利用声压放大谐振腔放大超声波声压，通过传动机构和光纤光栅拉伸机构将放大的声压转化为作用于第一光纤光栅上应力，通过无应力的第二光纤光栅和有应力的第一光纤光栅的波长偏移差反应超声波情况，进而根据超声波情况确定局放故障类型；本申请采用机械结构声压放大谐振腔放大超声波特征，能提高灵敏度，且不受电磁干扰；用光信号进行温度超声波测量，不受电磁干扰，抗干扰能力强。本申请所述第一光纤光栅和所述第二光纤光栅所处的温度环境一致，即对于规格一致的第一光纤光栅和所述第二光纤光栅，因温度产生的波长偏移一致，将第一光纤光栅和第二光纤光栅的波长偏移量做差，则波长偏移差仅与第一光纤光栅所受的应力相关，第一光纤光栅的应力反应超声波情况，则波长偏移差能够反应出超声波情况。

本申请利用第二光纤光栅随温度的波长偏移，第二光纤光栅针对不同波长窄带宽激光的反射谱强度差异测量温度，实现GIS故障的复合检测。温度变化时，光纤光栅的中心波长会偏移，对于位于初始中心波长两侧的窄带宽激光，限制中心波长偏移范围，使得一个窄带宽激光的反射光强度随着中心波长的偏移仅增强，另一个窄带宽激光的反射光强度随着中心波长的偏移降低，那么强度差和温度会形成一对一的映射关系，本申请用用反射光强度差进行温度测量还有一个优势在于，两个波长所经过光路条件一致，强度损耗也是一致的，可以有效的避免光路强度损耗对测量带来的影响，复合测量，通信统一，性价比高。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本公开实施例提供的用于GIS故障检测的复合传感器的示意图。

图2为本公开实施例提供的用于GIS故障检测的复合传感器的一种光路结构示意图。

图3为本公开实施例提供的用于GIS故障检测的复合传感器的另一种光路结构示意图。

图4为本公开实施例提供的一种用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法的流程图。

图中标号及含义如下：

1、声压放大谐振腔，11、主腔壳体，12、副腔壳体，13、振动膜片，14、振动膜片圈；

2、传动机构，21、传动针盘，22、传动针，23、针鞘管；

3、光纤光栅拉伸机构，31、第一桥形弹片，32、第二桥形弹片，33、光纤光栅固定座，34、弹片固定座；

4、第一光纤光栅，41、第一环形器，42、第二合束器；

5、第二光纤光栅，51、第二环形器，52、第三合束器；

6、第一合束器；

7、光源，71、第一激光光源，72、第二激光光源，73、第三激光光源，74、第四激光光源；

8、光谱仪。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

实施例1

本发明提供一种用于GIS故障检测的复合传感器，包括：

覆盖GIS因故障产生超声波信号频段的声压放大谐振腔1，具体实施过程中，参阅图所示，所述声压放大谐振腔1包括：半封闭圆柱壳状的主腔壳体11，所述主腔壳体11的封闭端连通圆柱壳形的副腔壳体12，所述主腔壳体11的开放端通过振动膜片圈14密封的连接设置振动膜片13。

质量为M的气体进入所述声压放大谐振腔时，假定振动膜片不动，则空腔内体积不变，气压升高，由质量守恒定律得进入空腔的气体的比质量流量为：

；

其中，为所述声压放大谐振腔的体积，/>为所述声压放大谐振腔1的半径，/>为所述声压放大谐振腔1的高度，/>为t时刻气体密度，/>为进入所述声压放大谐振腔的比体积流量，/>为空气流速，/>为气体平均密度。所述副腔壳体12的长度和副腔壳体横截面积的开平方配置为远小于声波波长，则认为在声波副腔壳体12内以平面波传播，且/>。

所述声压放大谐振腔的初始声压为：

；

根据流体欧拉方程：

，

取线性压力梯度，则在所述声压放大谐振腔中：

，则/>，其中，l为距离，/>为副腔横截面积。

当然，作用于振动膜片的声压驱动振动膜片13移动。

具体实施过程中，所述振动膜片13中部设置有传动机构2，所述传动机构2抵触光纤光栅拉伸机构3，所述光纤光栅拉伸机构3连接第一光纤光栅4，所述传动机构2控制光纤光栅拉伸机构3拉伸第一光纤光栅4。

所述传动机构2包括：传动针盘21，所述传动针盘21连接于所述振动膜片13中部，所述传动针盘21外侧固定传动针22，所述传动针22沿振动膜片13中心的法向设置，所述传动针22滑动设置于针鞘管23中，所述针鞘管23固定设置。

所述光纤光栅拉伸机构3包括：第一桥形弹片31，所述第一桥形弹片31的两端分别对接第二桥形弹片32的两端，第二桥形弹片32和第一桥形弹片31对称设置，所述第二桥形弹片32固定设置于弹片固定座34，所述第一桥形弹片31和所述第二桥形弹片32的两端分别设置光纤光栅固定座33，所述光纤光栅固定座33之间连接紧绷的所述第一光纤光栅4。

具体实施过程中，所述振动膜片圈14的外侧固定设置两层连接支架，所述两层连接支架的一层固定设置所述针鞘管23。所述两层连接支架的另一层固定设置所述弹片固定座34。

所述传动针22抵触第一桥形弹片31，所述振动膜片13移动时，带动所述传动针22沿所述针鞘管23滑动，所述传动针22推动第一桥形弹片31和第二桥形弹片32形变，所述第一桥形弹片31和第二桥形弹片32共同拉伸所述第一光纤光栅4，第一光纤光栅4在外部应力作用下发生中心波长的偏移，下简称波长偏移。光纤光栅中心波长偏移的影响因素除应力外还有温度，GIS内部温度是变化的，因此，想要确定波长偏移量中仅仅与应力有关系的部分，还需要排除温度对波长偏移量的影响。

为排除出温度对第一光纤光栅4波长偏移影响，本申请设置与所述第一光纤光栅4并行的自由的第二光纤光栅5。

参阅图2所示，所述第一光纤光栅4经单模光纤连接第一环形器41，所述第一环形器41经单模光纤连接第一合束器6的输入和第二合束器42的输出，所述第二合束器42的输入连接第一激光光源71，所述第二光纤光栅5经单模光纤连接第二环形器51，所述第二环形器51连接第三合束器52的输出和所述第一合束器6的输入，所述第三合束器52的输入连接第二激光光源72和第三激光光源73，所述第一合束器6的输出连接光谱仪8，其中，第二光纤光栅5与所述第一光纤光栅4，第一环形器41与所述第二环形器51，第二合束器42与第三合束器52的规格一致。

所述第一环形器41和所述第二环形器51设置三个端口，光经1端口输入后通过2端口，传输到第一光纤光栅4或第二光纤光栅5，第一光纤光栅4或第二光纤光栅5的反射光经2端口输出，并经3端口传输到第一合束器6。

本申请中，所述第一光纤光栅4和所述第二光纤光栅5所处的温度环境一致，即对于规格一致的第一光纤光栅4和所述第二光纤光栅5，因温度产生的波长偏移一致，对第一光纤光栅4和第二光纤光栅5的波长偏移量做差，则波长偏移差仅与第一光纤光栅4的应力相关，第一光纤光栅4的应力反应超声波情况，则波长偏移差能够反应出超声波情况。

局放异常种类和超声波特征关联，虽然，通过声压放大谐振腔1失去部分超声波特征，但保留与超声波强度相关的特征，可以通过波长偏移差时序特征反应出超声波特征，因此，预先创建波长偏移差时序特征与局放异常种类之间的对应关系，根据波长偏移差时序特征判断GIS内局放异常类型。

本申请利用第一光纤光栅4和第二光纤光栅5来测量超声波情况，实际上是测量第一光纤光栅4和第二光纤光栅5的波长偏移差，光纤光栅的波长偏移需要采用覆盖波长偏移范围的复合光进行测量，因此，需要光源7能够提供用于波长偏移测量的复合光。具体的，所述第二激光光源72或所述第三激光光源73支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源71支持发射参数一致的复合光，由于第一光纤光栅和第二光纤光栅规格一致，因此第一激光光源的复合光波长范围覆盖第一光纤光栅的波长偏移范围。光谱仪检测第一光纤光栅和第二光纤光栅反射光强度，强度最大的反射光谱峰对应的波长为第一光纤光栅和第二光纤光栅实际的中心波长，用实际中心波长减去初始中心波长（即，设定GIS温度、无外力条件下的中心波长）得到波长偏移。

本申请还利用第二光纤光栅5进行温度测量，温度测量的原理是，温度变化时，光纤光栅的中心波长会偏移，对于位于初始中心波长两侧的窄带宽激光，随着中心波长的偏移，一个窄带宽激光的反射光强度会先增强后降低，另一个窄带宽激光的反射光强度会降低。限制中心波长偏移范围，使得一个窄带宽激光的反射光强度仅增强，另一个窄带宽激光的反射光强度降低，那么强度差和温度会形成一对一的映射关系，本申请用用反射光强度差进行温度测量还有一个优势在于，两个波长所经过光路条件一致，强度损耗也是一致的，可以有效的避免光路强度损耗对测量带来的影响。本申请中，所述第二激光光源和第三激光光源支持发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，其中，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧。

具体实施过程中，所述光谱仪连接上位机，所述上位机连接报警器。

实施例2

实施例2相比实施例1区别在于，参阅图3所示，所述第二合束器42的输入还连接第四激光光源74。所述第二激光光源和第三激光光源支持发射为波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，所述第一激光光源和第四激光光源支持发射为波长分别为/>和/>，强度一致的窄带宽激光，其中，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧；所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源或第四激光光源支持发射参数一致的复合光。

通过引入第四激光光源74，第一光纤光栅4和第二光纤光栅5性质的一致性进行验证，在无振动环境中，控制第一激光光源和第四激光光源分别发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长分别为/>和/>，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第一光纤光栅和第二光纤光栅在设定GIS温度，无外力条件下的中心波长两侧；

通过光谱仪检测第一光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差；通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射峰值强度差是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

进一步地，改变温度，通过光谱仪检测第一光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差；通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射峰值强度差的差值是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

实施例3

本发明实施例提供一种用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法，应用于所述的用于GIS故障检测的复合传感器，包括：

选择检测参量为温度或超声波；具体实施过程中，检测GIS故障时，持续、自动地交替选择测量参量为温度和超声波，实现温度和超声波的检测。在应用中，配置支持根据用户需要指定选择测量温度或指定选择测量超声波。

对于检测参量为温度的情况，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长为和/>，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧，通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，根据强度差和温度的映射关系获得温度情况。进一步地，两个窄带宽激光强度不一致时，反射谱强度和入射光强度做商求得归一化的反射光强，利用归一化的光强差映射温度。

对于检测产量为超声波的情况，控制第三激光光源或第二激光光源中任一发射复合光，控制第一激光光源发射同样的复合光，通过光谱仪检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射光的波长情况，以获得波长偏移，并对波长偏移求差，根据波长偏移差获得超声波情况。

预先创建波长偏移差时序特征与局放异常种类之间的对应关系，根据波长偏移差时序特征判断GIS内局放异常类型。

根据温度情况判断是否发生温度异常或超声波情况判断是否发生局放异常，在发生温度异常或超声波异常时，进行相应的报警。

作为一种优选地实施方式，本申请支持对第一光纤光栅和第二光纤光栅的性质一致性进行检测。在无振动环境中，控制第一激光光源和第四激光光源分别发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第一光纤光栅和第二光纤光栅在设定温度无外力条件下的中心波长两侧；通过光谱仪检测第一光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差；通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射峰值强度差是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

或进一步地调整温度，检测第一光纤光栅温度调整前后强度差的差值与第二光纤光栅温度调整前后强度差的差值是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的结构和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的结构实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，结构或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，包括：覆盖GIS因故障产生超声波信号频段的声压放大谐振腔（1），所述声压放大谐振腔（1）包含用于输出谐振的振动膜片（13），所述振动膜片（13）中部设置传动机构（2）；

所述传动机构（2）抵触光纤光栅拉伸机构（3），所述光纤光栅拉伸机构（3）连接第一光纤光栅（4），所述传动机构（2）控制光纤光栅拉伸机构（3）拉伸第一光纤光栅（4）；

与所述第一光纤光栅（4）并行设置的自由的第二光纤光栅（5），所述第一光纤光栅（4）经单模光纤连接第一环形器（41），所述第一环形器（41）经单模光纤连接第一合束器（6）的输入和第二合束器（42）的输出，所述第二合束器（42）的输入连接第一激光光源（71），所述第二光纤光栅（5）经单模光纤连接第二环形器（51），所述第二环形器（51）连接第三合束器（52）的输出和所述第一合束器（6）的输入，所述第三合束器（52）的输入连接第二激光光源（72）和第三激光光源（73），所述第一合束器（6）的输出连接光谱仪（8），其中，第二光纤光栅（5）与所述第一光纤光栅（4），第一环形器（41）与所述第二环形器（51），第二合束器（42）与第三合束器（52）的规格一致。

2.根据权利要求1所述的用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，所述声压放大谐振腔（1）包括：主腔壳体（11），所述主腔壳体（11）的一端连通副腔壳体（12），所述主腔壳体（11）的另一端通过振动膜片圈（14）密封的连接设置振动膜片（13）。

3.根据权利要求1所述的用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，所述传动机构（2）包括：传动针盘（21），所述传动针盘（21）连接于所述振动膜片（13）中部，所述传动针盘（21）外侧固定传动针（22），所述传动针（22）沿振动膜片（13）中心的法向设置，所述传动针（22）滑动设置于针鞘管（23）中，所述针鞘管（23）固定设置。

4.根据权利要求1所述的用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，所述光纤光栅拉伸机构（3）包括：第一桥形弹片（31），所述第一桥形弹片（31）的两端分别对接第二桥形弹片（32）的两端，第二桥形弹片（32）和第一桥形弹片（31）对称设置，所述第二桥形弹片（32）固定设置于弹片固定座（34），所述第一桥形弹片（31）和所述第二桥形弹片（32）的两端分别设置光纤光栅固定座（33），所述光纤光栅固定座（33）之间连接紧绷的所述第一光纤光栅（4）。

5.根据权利要求1所述的用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，所述第二激光光源和第三激光光源支持发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，其中，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧；

所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源支持发射参数一致的复合光。

6.根据权利要求1所述的用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，所述第二合束器（42）的输入连接第四激光光源（74）；

所述第二激光光源和第三激光光源支持发射为波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，所述第一激光光源和第四激光光源支持发射为波长分别为/>和/>，强度一致的窄带宽激光，其中，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧；

所述第二激光光源或所述第三激光光源支持发射复合光，所述复合光包含的光的波长范围覆盖第二光纤光栅波长偏移范围，各个波长光的强度一致，所述第一激光光源或第四激光光源支持发射参数一致的复合光。

7.一种用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法，应用于权利要求1-6任一所述的用于GIS故障检测的复合传感器，其特征在于，包括：

选择检测参量为温度或超声波；

对于检测参量为温度的情况，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长为和，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第二光纤光栅在设定GIS温度、无外力条件下的中心波长两侧，通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差，根据强度差和温度的映射关系获得温度情况；

对于检测产量为超声波的情况，控制第三激光光源或第二激光光源中任一发射复合光，控制第一激光光源发射同样的复合光，通过光谱仪检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射光的波长情况，以获得波长偏移，并对波长偏移求差，根据波长偏移差获得超声波情况；

根据温度情况判断是否发生温度异常或超声波情况判断是否发生局放异常，在发生温度异常或超声波异常时，进行相应的报警。

8.根据权利要求7所述的用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法，其特征在于，在无振动环境中，控制第一激光光源和第四激光光源分别发射波长分别为和/>，强度一致的窄带宽激光，控制第二激光光源和第三激光光源分别发射波长分别为/>和/>，强度一致的窄带宽激光，波长/>和波长/>处于第一光纤光栅和第二光纤光栅在设定GIS温度，无外力条件下的中心波长两侧；

通过光谱仪检测第一光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光两个反射峰的强度值做差；通过光谱仪检测第二光纤光栅的反射谱强度，获取两束窄带宽激光的两个反射峰的强度值做差，检测第一光纤光栅和第二光纤光栅的反射峰值强度差是否一致，或进一步地调整温度，检测第一光纤光栅温度调整前后强度差的差值与第二光纤光栅温度调整前后强度差的差值是否一致，一致则判断第一光栅光纤和第二光纤光栅在相同条件下中心波长和温度灵敏度一致。

9.根据权利要求7所述的用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法，其特征在于，预先创建波长偏移差时序特征与局放异常种类之间的对应关系，根据波长偏移差时序特征判断GIS内局放异常类型。

10.根据权利要求7所述的用于GIS故障检测的复合传感器的控制方法，其特征在于，检测GIS故障时，持续、自动地交替选择测量参量为温度和超声波。