基于F-P光纤传感器的变压器油中双局部放电源

电力变压器作为电力系统中至关重要的能量转换设备,其稳定运行对于保障电能供应的可靠性具有重大意义。局部放电影响高压电气设备绝缘性能。局部放电在线监测不仅可以获取设备老化信息,还可以预测变压器寿命。局部放电源准确位置信息可以帮助检修人员制定精准维护计划,确保电力系统稳定,设备制造商可利用此信息优化结构和安装方法。变压器内部双局部放电源放电是一种更为复杂的故障类型,传统的检测方法难以准确捕捉到此类放电波形。F-P光纤传感器是一种新型的局部放电声学检测方式,该传感器结构小,灵敏度高,而且有较强的抗电磁干扰能力,可以内置于变压器内部实现复杂情况下的局部放电检测。在本研究中,研制了基于F-P光纤传感器的双局部放电源检测系统,采用基于多信号分类(MUSIC)测向原理的交叉定位算法,可以实现对变压器油中双局部放电源定位。总的来说,F-P光纤传感器阵列有较好的方向清晰度,可以实现准确定位。将该双局部放电源定位系统应用到了35 kV单相变压器模型上,验证了其对外绕组双局部放电源定位的有效性。

高灵敏硅凹槽膜片型光纤F-P局部放电超声传感器

文中设计并制备了一种硅凹槽膜片型光纤法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)超声传感器,用于电力设备局部放电检测。采用有限元软件优化设计传感膜片的凹槽参数,与传统圆形膜片相比,硅凹槽膜片的静态灵敏度提升4.09倍且谐振频率基本不变。通过耦合效率修正传统双光束干涉模型,研究F-P腔长对传感器干涉光谱对比度的影响,以提升传感器的声压灵敏度。利用微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)制备硅凹槽膜片,其凹槽直径为829.44μm,厚度为2.09μm,F-P腔长为163.600μm。在谐振频率61.5 kHz处,传感器声压灵敏度可达357.78 mV/Pa,并结合气体绝缘开关(gas insulated switchgear,GIS)局部放电缺陷模型对传感器性能进行验证。实验结果表明,文中所制备的光纤F-P超声传感器具有声压灵敏度高、实时性好、超声信号检测能力强等优点。

双F-P型高温/应变复合光纤传感器

针对机电设备多状态监测的需求,提出了一种新双F-P腔光纤温度/应变复合传感模型。该光纤复合传感器采用纯石英光纤作为材料,通过化学腐蚀法及使用准直毛细管制作了双F-P腔,分别用以温度和应变测量,并对制作的传感器进行了传感性能的模拟仿真和实验验证。实验结果表明:该双F-P腔光纤复合传感器测量的最高温度为1000℃,温度灵敏度为10.998 pm/℃,满量程温度测量误差小于2%;该双F-P腔光纤复合传感器测量的最大应变为10000με,应变灵敏度为3.268μm/με,应变测量误差小于2%。所提出的双F-P腔温度/应变光纤复合传感器实现了温度和应变的同时测量,可用于机电装备同一位置的温度、应变测量。

光纤磁流体F-P电磁场传感器

基于磁流体的可控折射率特性,以磁流体纳米功能材料为腔内介质,提出一种结构简单、无移动部件的新型光纤F-P电磁场传感器,实现了电磁场的测量。同时,给出了基于光纤光栅波长解调技术对光纤F-P滤波器输出波长进行解调检测的方法。分析了磁流体的可控折射率特性及其用于测量电磁场的原理,介绍了传感器系统的结构和原理。对所提出的方法以及影响测量结果的因素进行了初步的实验,结果表明,环境温度和磁流体薄膜厚度都会对测量结果有影响。在磁流体薄膜厚度为12.7μm时,测量特性具有较好的线性度。

基于波长解调的Fabry-Perot型光纤MEMS压力传感器的设计

提出了一种新的压力传感器的设计,该传感器基于Fabry-Perot腔干涉和波长解调理论测量压力.设计用MEMS技术以及普通的光通讯接插件制作出工艺简单,分辨率高的光纤MEMS压力传感器.阐述了传感器的工作原理,分析了硅膜的厚度对传感器性能的影响以及FP腔的长度对反射光信号的影响.系统采用可调谐激光器进行信号访问,利用反射谱的相位变化完成信号解调.理论分析和模拟计算验证了传感器加工制作方案的可行性.

用LED作光源的Fabry-Perot光纤甲烷气体传感器的研究

利用Fabry Perot腔的选频特性 ,考虑与光纤的低损耗窗口相一致和价格等因素 ,采用价廉的1 3μm波段的LED作为光源 ,实现了PZT对Fabry Perot腔的正弦调制。对甲烷气体浓度进行谐波检测 ,检测灵敏度可达 10× 10 - 6 。

基于光纤F-P传感器变压器铁心在线监测研究

利用变压器振动测试原理,运用光纤Fabry-Perot(F-P)振动传感器对变压器铁心的振动信号进行了在线监测研究。将光纤F-P传感器粘贴在变压器铁心上,直接提取变压器铁心的振动信号,这将避免传统的间接测量方法所带来的误差。分析了光纤F-P的测量原理,并建立了光纤F-P腔的数学模型。实验验证了空载状况下铁心的磁致伸缩率与输入电压呈很好的线性关系。

基于敏感Fabry-Perot腔光纤角位移传感器的原理与设计

提出了一种全角度并且可以连续测量微小角位移(秒级)的新型光纤角位移传感器.利用微小光学谐振腔的基本理论,主要是基于光学法布里珀罗(FabryPerot)腔的基本原理研究特定光波下光强度的变化与角位移的线性变化关系,利用光纤技术、敏感技术融合微机械技术研发而成.适合于一些特定领域中对角位移的精确测量.

膜片式微型F-P腔光纤压力传感器

为满足工业和生物医学领域对微型化传感器的需求,实验研究了基于Fabry-Perot(F-P)干涉仪原理的膜片式微型光纤压力传感器的制作工艺。在单模光纤端面上直接熔接外径约175μm的毛细石英管,在石英管的另一端制作敏感膜片,从而使光纤端面与膜片内表面之间形成F-P干涉腔。采用电弧熔接、切割、腐蚀膜片等方法制作了石英膜片式压力传感器,该传感器在0～3.1MPa内F-P腔的腔长变化灵敏度为41.09nm/MPa,压强测量分辨率为681Pa,并具有很小的温度敏感系数。在30～140℃,温度交差敏感<1.07kPa/℃。为了克服石英膜片减薄困难的缺点,选用聚合物材料(PSQ)作为压力敏感膜片制作了F-P传感器。室温下在0.1～2.1MPa,PSQ膜片的F-P腔长变化灵敏度达到1886.85nm/MPa,压强测量分辨率达到53Pa,十分接近人类或其他动物的体内压强测量水平。

光纤Fabry-Perot腔振动传感器

用频谱分析的方法对光纤Fabry Perot腔传感器的输出信号进行解调 在正弦振动条件下 ,用干涉信号的 3次谐波与基次波的功率比直接计算出振动幅度 ,可以简单地解调出信号

基于F-P干涉的强度型光纤压力传感器

研究基于强度解调技术的Fabry-Perot干涉型光纤微机电系统(micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器.该传感器采用MEMS各向异性腐蚀工艺加工的方形硅杯,其硅杯结构尺寸和表面光洁度比圆形压力敏感膜一致性好.传感器采用大面积比的方法,降低硅敏感膜片弯曲变形所引起的非线性测量误差,新增参考光路以补偿光源功率波动对测量的影响.在0～38kPa压力范围内实现了单值测量,相对灵敏度达到0.7%/kPa.实验与理论分析结果一致,具有很好的测量重复性.提出的多波长和多传感融合的测量方法,可用于扩大测量范围,提高灵敏度.

F-P光纤传感器的损耗特性分析及其研制

对反射型非本征F-P干涉型(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)光纤传感器的损耗特性进行了分析,表明当腔长小于100μm时,随着腔的变长光能量耦合损耗迅速增加;在考虑腔损耗的情况下,分析了如何合理选择两反射面的反射率以使输出光强的对比度达到最大;通过分析在制作F-P腔的过程中影响腔长变化的原因,总结出了一个可以准确控制和调整腔长的方法;依以上规则制作了F-P光纤传感器,并进行了实验验证。

光纤F-P腔传感器特性研究

变压器能否稳定工作直接关系到变电站是否安全运行,其工作重心是检测出变压器局部放电产生的超声波信号。介绍了一种光纤F-P腔传感器,并在此基础上搭建了调制解调系统,分别通过对无超声波源、有超声波源和浸入变压器油中3种情况进行了实验测试,并在距离超声波源20,40,60,80,90,100 cm处进行了损耗特性测试,测试结果表明:此传感器受外界噪声干扰较小,且在变压器油中能实时地检测出超声波信号,精度高,损耗度为25.8 m V/cm,符合传感器在油浸式变压器中持续稳定工作的条件。当变压器出现故障时,能够及时发现问题,保证变压器安全运行。

F-P光纤应力传感器研制

分析了F-P光纤应力传感器工作原理,提出了F-P光纤应力传感器的数学模型,设计了F-P光纤应力传感器弹性体结构、光电转换系统。F-P光纤应力传感器光源电路设计采用APC电路。APC电路由两个运算放大器和晶体管以及外围电路组成,采用背向光反馈自动偏置控制方式,即用半导体激光器组件中的PD光电二极管监测LD背向输出的光功率。对F-P光纤应力传感器进行了静态特性标定试验,试验结果表明,该传感器具有较高的测量精度,能够满足工程测量要求。

白光干涉型F-P光纤传感器结构参数研究

在腔长的允许变化范围内,根据被测结构所承受的最大正负应变确定出白光干涉型F-P光纤传感器的初始腔长,又根据灵敏度和初始腔长与标距的关系,分别确定出温度和应变传感器的标距,并根据标距、灵敏度、测试量程三者之间的关系,得出结论:标距越大则灵敏度越高,测试量程越小,反之亦然。为了验证理论分析结果,采用标距分别为6mm、8mm、10mm的应变传感器进行实验,实验结果和理论分析基本吻合。

F-P光纤压力传感器的温度特性研究

设计并制作了Fabry-Perot(F-P)干涉型光纤传感器。根据传感器的制作工艺和原理,分析了减小温度系数的方法:设计适当的初始腔长、采用开放腔以及控制光纤与石英套管的粘接方式,都可以有效地控制温度对传感器的影响,以适应传感器在不同场合的应用。对所述方法进行了相应的实验验证,结果表明实验数据与理论分析一致。

一种用于光纤F-P传感器的微纳米级微位移工作台的研究

标定光纤F-P传感器这种微纳米级位移传感器非常困难。分析常用的微位移技术优缺点,这里提出了一种基于弹性变形原理的工作台的设计方法。建立了工作台位移变形的数学模型,对其产生位移的误差进行了理论分析。在此基础上,实际设计并开发了实验系统,用德国he idenha iyn光栅位移传感器对光纤F-P传感器进行了标定实验。大量的标定实验证明,该微位移工作台的不确定度为0.1μm。

一种基于白光干涉的新型F-P光纤应变传感器的设计

论述了基于白光干涉的F P型光纤应变传感器设计及应变信号检测系统的设计。本系统克服了用激光做光源难以得到干涉条纹,且不易检测的缺点。可以得到绝对应变,系统检测精度可以达到0.1με,具有较高的精度。

基于F-P腔干涉的膜片式光纤微机电系统压力传感器

基于法布里-帕罗腔的干涉原理,采用微机电系统技术加工制作了一种光纤微机电系统压力传感器.采用浓硼扩散自停止腐蚀和磁控溅射的方法,制备厚度为6μm、机械灵敏度为0.502μm/MPa的传感器敏感膜.基于强度解调技术,利用干涉腔的反射功率与压力的关系对压力进行解调.分析了腔长变化对反射率的影响,确定传感器线性工作点的波长,建立稳定的压力传感测试系统.测试结果表明,该传感器压强最小分辨率为62Pa,灵敏度达到0.51nW/KPa,具有良好的线性度、灵敏度和重复性,适用于人体内压力测量和口腔义齿压力测量.

F-P型光纤应变传感器混凝土试验研究

本文论述了外置式Ｆ－Ｐ型光纤应变传感器元件加工、信号检测系统设计以及混凝土试件埋入试验。研究表明，Ｆ－Ｐ型光纤应变传感器检测精度达０．１με，较传统电测式应变计至少提高一个量级。