CN204359896U - 用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统，该检测系统包括可调谐激光器、光耦合器、光纤布喇格光栅、光电转换器以及数字示波器，光纤布喇格光栅用于与待检测的电气设备相粘接，光耦合器分别与可调谐激光器、光纤布喇格光栅和光电转换器相连接，光电转换器与数字示波器相连接，光电转换器将接收的光信号转化成电压信号，并且通过数字示波器显示，通过数字示波器显示的波形变化即可获得是否有超声波信号，从而判断电气设备是否存在局部放电。该检测系统便于应用、不易受环境因素影响尤其不易受电磁干扰影响、环境适应性强且检测灵敏度高，能够对电气设备进行多点测量。
Description
技术领域
本实用新型涉及电网中电气设备的检测设备，具体是指用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统。
背景技术
光纤光栅传感器是一种新型光纤传感器，它具有普通光纤传感器的优势：本质安全、体积小、抗电磁干扰、具有在极端环境下工作的能力。与传统光强型或者干涉型光纤传感器相比，光纤光栅最重要的优势在于其传感信号是波长调制,在信号采集的过程中，理论上测量信号不再受光源强度及稳定性的限制。另一方面，这种传感器使多点分布式传感成为可能。
近年来，随着各学科的快速发展和学科间的交叉，光纤光栅传感器不仅被证明可以有效检测材料的应变、温度、甚至声压等，而且逐渐取代传统的压电陶瓷传感器感知超声波信号。光纤光栅感知超声波的技术在电网电气设备局部放电检测中具有很大应用潜力。
传统超声波信号检测中常用压电式换能器，在检测超声波过程中，将压电传感探头与被测物用耦合剂进行耦合，然后利用压电材料的压电效应来工作，即逆压电效应将高频电振动转换成高频机械振动，从而产生超声波；而利用正压电效应，可将接收到的超声波转换成电信号，进行测量，进而达到检测超声波的目的。
上述压电传感器易受电磁干扰且不适合于高温、易燃、腐蚀等环境，同时由于体积、质量等因素的影响，难以在恶劣、狭小环境下使用，并且检测灵敏度不够高，给应用带来诸多不便。另外，使用压电传感探头只能进行单点检测，不能实现多点测量。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统，该检测系统便于应用、不易受环境因素影响尤其不易受电磁干扰影响、环境适应性强且检测灵敏度高，并且能够对电气设备进行多点测量。
本实用新型的上述目的通过如下技术方案来实现的：用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统，其特征在于：该检测系统包括可调谐激光器、光耦合器、光纤布喇格光栅、光电转换器以及数字示波器，所述的光纤布喇格光栅用于与待检测的电气设备相粘接，所述的光耦合器分别与可调谐激光器、光纤布喇格光栅和光电转换器相连接，所述的光电转换器与数字示波器相连接，可调谐激光器发出一定波长的光经过光耦合器后传入光纤布喇格光栅中，光纤布喇格光栅反射光谱再经过光耦合器传输到光电转换器中，光电转换器将接收的光信号转化成电压信号，并且通过数字示波器显示，如果电气设备发生局部放电，则会对光纤布喇格光栅产生超声波振动干扰，导致光纤布喇格光栅输出的反射波波长漂移，再经过光耦合器传输到光电转换器后导致数字示波器显示的电压信号也随之变化，通过数字示波器显示的波形变化即可获得是否有超声波信号，从而判断电气设备是否存在局部放电。
本实用新型引入光纤布喇格光栅(光纤布喇格光栅的英文缩写为FBG)来测量电气设备发生局部放电所产生的超声波信号，与其压电传感器相比，它质轻、环境适应性好，检测范围广并且可以在一根光纤上布置多个针对不同参数的测量栅区，实现多点或准分布式实时超声波信号监测。因此，光纤光栅传感检测超声波技术为突破传统电类传感器检测技术的局限性提供了新的思路，在电网电气设备局部放电在线检测方面有很好的应用前景。
本实用新型中，所述光纤布喇格光栅的栅区长度为1mm。
本实用新型中，所述的光纤布喇格光栅通过胶水与待检测的电气设备的表面相粘接。
本实用新型中的电气设备是指气体绝缘开关(Gas Insulated Switchgear，简称GIS)，对其局部放电进行超声检测，也可推广应用到其它电气设备进行局部放电超声检测，具有相同的技术效果。
与现有技术相比，利用光纤布喇格光栅对电气设备发生局部放电所产生的超声波进行超声波信号检测，核心是测量光强信号经光电转换器(光电转换器的英文缩写为PD)转化的电信号，具有很好的先进性，灵敏度高，能够实时检测超声波信号，且抗电磁干扰、性能稳定。如果串联栅区或者多点布置光纤光栅还可以实现分布式测量，提高测量效率，具有更广泛的应用前景。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细说明。
图1是本实用新型检测系统的整体结构框图；
图2是本实用新型检测系统中无超声作用时的波形图，其中横坐标表示波长，单位为(nm)，纵坐标表示光强，为标幺值，无单位，无超声作用，FBG反射光谱不发生漂移，即中心波长不变时，特定波长的激光，经耦合器进入FBG后反射光的光强大小；
图3是本实用新型检测系统中有超声作用时的波形图，其中横坐标表示波长，单位为(nm)，纵坐标表示光强，为标幺值，无单位，有超声作用，导致FBG反射光谱发生漂移，即中心波长发生改变时，特定波长的激光，经耦合器进入FBG后反射光的光强大小。
附图标记说明
1、可调谐激光器； 2、光耦合器； 3、光纤布喇格光栅；
4、光电转换器； 5、数字示波器； 6、电气设备
具体实施方式
如图1所示的用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统，本实施例中的电气设备是气体绝缘开关，该检测系统包括可调谐激光器1、光耦合器2、光纤布喇格光栅3、光电转换器4以及数字示波器5，光纤布喇格光栅3的栅区长度为1mm，光纤布喇格光栅3用于与待检测的电气设备6相粘接，具体是光纤布喇格光栅3通过胶水与待检测的电气设备6的表面相粘接。
本实施例中，可调谐激光器1设置为1548.495nm，光纤布喇格光栅3选取栅区长度为1mm，中心波长为1550.05nm，数字示波器5显示波形类似正弦波，频率为65kHz，幅值约为40mV，能够检测到电气设备发生局部放电所产生的超声波，超声波主频率约为60kHz。
光耦合器2分别与可调谐激光器1、光纤布喇格光栅3和光电转换器4相连接，光电转换器4与数字示波器5相连接，可调谐激光器1发出一定波长的光经过光耦合器2后传入光纤布喇格光栅3中，光纤布喇格光栅3反射光谱再经过光耦合器2传输到光电转换器4中，光电转换器4将接收的光信号转化成电压信号，并且通过数字示波器5显示，如果电气设备6发生局部放电，则会对光纤布喇格光栅3产生超声波振动干扰，导致光纤布喇格光栅3输出的反射波波长漂移，再经过光耦合器2传输到光电转换器4后导致数字示波器5显示的电压信号也随之变化，通过数字示波器5显示的波形变化即可获得是否有超声波信号，从而判断电气设备6是否存在局部放电。
上述检测系统的工作原理为可调谐激光器发出的特定波长的光经过光耦合器传入FBG中，FBG反射光谱经过耦合器传输到光电转换器中，光电转换器将光信号转化成电压信号，由数字示波器显示。当超声波作用于粘贴在铝板表面的1mmFBG时，光纤光栅受到振动的微扰，其输出的反射波波长在一定范围内漂移，从而导致示波器显示的电压信号也随之变化，即可检测到电气设备发生局部放电所产生的超声波。通常电气设备发生局部放电所产生的波长在20～230KHz的超声波均可以检测到。
图2和图3为本实用新型检测系统中没有超声作用和有超声作用的波形图，对比图2和图3可知，超声作用前后光强大小发生变化，光强信号经过光电探测器转换为电压信号后，示波器显示的电压信号将发生变化。超声信号类似正弦信号，又由于激光波长设定在FBG的反射光谱线性度最好的区域，故示波器显示电压信号类似正弦信号，与超声信号频率相同，且超声信号强度越大，所测电压信号幅值越大。最终，通过分析示波器所显示的电压信号的频率和幅值，可以判断是否检测到超声信号，进而诊断设备是否发生局部放电。而通过分析示波器所显示的电压信号的频率和幅值，来判断是否检测到超声信号，进而诊断设备是否发生局部放电，这些均是本领域技术人员的公知常识。
可调谐激光器发出的波长需要根据粘贴后的FBG的反射光谱进行确定，并没有确定的数值。局部放电所产生的超声信息，类似正弦波，有一定的频率和幅值，频率范围通常在20-230kHz。
本实施例中的电气设备是指气体绝缘开关，对其局部放电进行超声检测，也可推广应用到其它电气设备进行局部放电超声检测，具有相同的技术效果。本实用新型的检测系统基于光纤布喇格光栅传感技术，可抗电磁干扰、能定点、多点测量，能够有效应用于在电力设备局部放电超声波检测中。
本实用新型的上述实施例并不是对本实用新型保护范围的限定，本实用新型的实施方式不限于此，凡此种种根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，对本实用新型上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本实用新型的保护范围之内。
Claims (2)
1.用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统，其特征在于：该检测系统包括可调谐激光器、光耦合器、光纤布喇格光栅、光电转换器以及数字示波器，所述的光纤布喇格光栅用于与待检测的电气设备相粘接，所述的光耦合器分别与可调谐激光器、光纤布喇格光栅和光电转换器相连接，所述的光电转换器与数字示波器相连接，可调谐激光器发出一定波长的光经过光耦合器后传入光纤布喇格光栅中，光纤布喇格光栅反射光谱再经过光耦合器传输到光电转换器中，光电转换器将接收的光信号转化成电压信号，并且通过数字示波器显示，如果电气设备发生局部放电，则会对光纤布喇格光栅产生超声波振动干扰，导致光纤布喇格光栅输出的反射波波长漂移，再经过光耦合器传输到光电转换器后导致数字示波器显示的电压信号也随之变化，通过数字示波器显示的波形变化即可获得是否有超声波信号，从而判断电气设备是否存在局部放电。
2.根据权利要求1所述的用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测系统，其特征在于：所述的电气设备是指气体绝缘开关。
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