一种用于高压电气设备局放超声检测的新型EFPI传感器

文章介绍了一种新型结构的光纤EFPI超声传感器,可内置于变压器、GIS等高压电气设备,这种新型结构的光纤EFPI超声传感器可在不同温度、不同压强条件下,进行局部放电超声信号的检测。新型传感器采用全石英焊接工艺,在F-P腔上开孔,使绝缘介质进入F-P腔,平衡了石英膜片两侧由于温度和绝缘介质密度不同产生的压强差,并在石英膜片内表面上局部镀铝膜,提高膜片内表面的光反射率,提升了传感器的灵敏度。通过用新型传感器在不同温度、不同距离下进行测试,验证了传感器的温度、频率、灵敏度等性能。新型光纤EFPI超声传感器为检测高压电气设备内部局部放电提供了一种新的检测方法。实际应用中也取得了非常好的效果。

Application of the Spectrum Peak Positioning Technology Based on BP Neural Network in Demodulation of Cavity Length of EFPI Fiber Optical Sensor

An Extrinsic Fabry-Perot Interferometric (EFPI) fiber optical sensor system is an online testing system for the gas density. The system achieves the measurement of gas density information mainly by demodulating the cavity length of EF- PI fiber optical sensor. There are many ways to achieve the demodulation of the cavity length. For shortcomings of the big intensity demodulation error and complex structure of phase demodulation, this paper proposes that BP neural net-work is used to locate the special peak points in normalized interference spectrum and combining the advantages of the unimodal and bimodal measurement achieves the demodulation of the cavity length. Through online simulation and actual measurement, the results show that the peak positioning technology based on BP neural network can not only achieve high-precision demodulation of the cavity length, but also achieve an absolute measurement of cavity length in large dynamic range.

EFPI光纤传感器腔长解调方法研究

研究了非本征型法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感器系统的传感原理和腔长解调方法,考虑到EFPI传感器的腔长解调精度会直接影响到传感系统的稳定性和测量精确性,提出了一种新的基于傅里叶变换的腔长解调方法。该方法利用傅里叶变换的频移性,有效地消除了快速傅里叶变换的栅栏效应,提高了傅里叶变换的精度。理论和实践证明,相比传统的快速傅里叶变换方法,这种利用傅里叶变换频移特性的方法的解调精度至少提高10倍。

高温光纤EFPI应变传感技术研究及应用

针对航天动力系统的高温极端工况结构应变测量问题,采用光学干涉精密测量技术,基于耐高温镀金光纤,设计了一种耐850℃高温的光纤EFPI应变传感器。通过仿真计算,对应变传递模型进行了分析和研究,提出了传感器灵敏度优化设计方法,并在此基础上完成了样机制备和试验测试。结果表明:该传感器具有良好的应变与温度响应重复性,通过搭载运载火箭发动机试车,获取了试车过程涡轮泵表面的应变信息,表明该传感器已具备工程应用能力。

一种EFPI光纤压力传感器的结构分析及零点稳定性

介绍了一种基于法布里-珀罗干涉原理的EFPI光纤压力传感器。详细分析了这种光纤压力传感器的原理、结构和解调方法;讨论分析了材料、结构以及制作工艺对零点稳定性的影响;探讨了传感器内部热应力的分布以及消除方法。该结构传感器在经历-40℃和400℃的严酷温度考验后,零点漂移小于3 nm。

基于Lissajous曲线拟合的EFPI光纤传感器腔长解调

为提高非本征光纤珐珀传感器(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)腔长解调的精度,基于EFPI传感器反射光谱近似余弦函数的特性,设计了一种基于李萨如图形(Lissajous-Figure)与标准形式椭圆曲线拟合的解调方法。将两组光强信号经过坐标变换拟合为标准椭圆曲线,以减少求解参数;并通过经验模态分解对数据进行分析,去余项后将得到的极值点代入椭圆曲线求解。将离散数据点分别移动5、10、15、20、25个点测试五组不同相移对解调结果的影响并选取其中误差最小的一组对EFPI传感器进行横向负载实验,分别施加5~25 N的应力,通过拟合椭圆曲线的解调方法将计算腔长差与理论腔长差相对比。结果表明,实际腔长差随负载成正比,平均误差值为5.690%左右,可以准确获取EFPI的腔长。

基于GCC-MSSA的变压器局放超声内部定位方法

变压器绕组因绝缘故障引发的局部放电危害着电力系统的安全运行,而目前针对局部放电的超声波外置检测方法受噪声干扰、传播介质等因素影响较大,故本文在变压器绕组中内置8个传感器内部检测局放产生的超声波信号。由于检测到的信号直接测量法不能反应实际的时延信息,以及传统智能算法定位精度低稳定性差,本文提出了一种广义互相关法(GCC)和混合策略麻雀算法(MSSA)相结合的超声定位方法。在COMSOL中搭建变压器绕组模型并仿真局放现象,通过GCC算法提取出精确的时延信息。根据时差信息建立超声定位的最优化约束方程,用MSSA算法求解得到局放源的位置信息。仿真结果显示,MSSA算法相较于其他传统智能算法定位误差更小。最后使用一种新型EFPI超声传感器进行变压器绕组局放实验,结果显示本文提出的方法定位平均误差为4 cm,比仿真的局放点大2.9 cm,具有工程应用实际价值。

光纤法布里珀罗氢气检测技术

实现对密闭容器内的微量氢气进行快速准确的测量,对提高产品的贮存安全性有重要意义,为此开展了一种具有实用性的新型光纤传感器研究。介绍了基于溅射钯银合金膜的非本征法布里-珀罗光纤氢气传感器系统的工作原理,通过应力传递过程的分析,建立了法布里-珀罗腔腔长变化与氢浓度关系的数学模型,并推导出传感器灵敏度计算方法。实验通过在一定浓度下研究该传感器的氢响应特性,证实了该氢气检测方法的可行性,并且其理论模型与实验结果吻合较好。

同时测量应力、温度和振频的光纤传感器

论述了为对结构的正常监控而利用光纤传感系统同时测量应力、温度和振动的新颖技术.该测量系统包含2个光学系统:一为波扫描的光纤激光器(WSFL)系统,一为利用波分多路调制器(WDM)的激光二极管系统.利用WSFL的光纤布拉格光栅(FBG)和非固有的法布里-珀罗(Fabry-pevot)干涉器(EFPI),组成混合传感系统(FBG/EFPI).借助于上述测量系统,可同时测量应力、温度和振动频率.

激光加工硅片的膜片式法—珀干涉型光纤压力传感器

分析了多个反射面对单法—珀腔传感器光谱法解调的影响。为降低不参与形成法—珀腔的反射面的反射率以消除这一影响,利用Nd∶YAG激光加工系统在两面抛光硅片中的一面进行了表面纹理化处理。将经激光切割下的已表面纹理化的圆形硅片粘贴在中空玻璃毛细管一端,最后插入单模光纤并封装成非本征(EFPI)光纤法—珀干涉型压力传感器。进行了静态气压测试实验,结果表明:在40～240kPa气压范围内,传感器压力灵敏度为11.9 nm/kPa,线性度为1.51%。

非本征光纤法-珀传感器局部放电检测研究进展

电力设备局部放电检测一直是国内外学者的研究重点,局放超声信号由于具有抗干扰易定位等优点而成为近年来的研究热点。随着科技的发展,使用光学传感器检测局放超声信号成为一种新兴的技术方法。在众多的光学传感器中非本征光纤法布里-珀罗(EFPI)传感器由于具有体积小、灵敏度高和抗电磁干扰等优点而备受关注。首先,介绍了国内外关于EFPI传感器的研究现状;其次,对EFPI传感器的检测原理、膜片材料的基本性能及制备方法进行了细致的阐述,并分析了可用于外置耦合检测的传感器可行性和优化完善传感器灵敏度设计方法的意义;最后,对EFPI传感器在局放检测中的局放点定位研究进行了分析,总结了传感器在应用研究中遇到的问题及解决方法,并根据EFPI传感器的实际情况,对传感器未来的发展趋势和研究重点进行了展望。

变压器绕组内部局放超声定位仿真及试验研究

应用有限元方法对变压器绕组内超声信号进行仿真,验证了在变压器绕组内布置多个超声传感器进行检测和定位的方案。设计了一种新型结构的EFPI光纤传感器,可适用于变压器绕组内部的局放检测和定位。最后在35kV变压器单相绕组中进行了传感器布置和局放定位试验。结果表明:该方法对变压器绕组中局放的定位精度在5cm以内,实现了变压器绕组内部局部放电的精确定位,为变压器绕组内部局放信号的检测和定位提供了一种新的方法。

用于中低压直流断路器检测的新型光纤传感器研究

随着光伏、风电等新能源发电的大规模投入运行,以及工业园区高比例直流接入的区域性直流配电网的需求,直流配电系统的应用越来越多,由于直流配电技术具备诸多优点,引起工业界与学术界越来越多的关注,对其核心设备低压直流断路器也提出更高的要求。为实现对中低压直流断路器灭弧室的检测,文章提出基于光纤非本征型法珀干涉传感器(Extrinsic Fabry-Pérot Interferometer,EFPI)的直流断路器检测技术,分析传感器的结构、灵敏度和中心频率,并进行试验验证。实验结果表明,所提光纤传感器可以用于中低压直流断路器的放电检测。

一种光纤EFPI高温传感器

提出了一种金属封装的光纤外腔式珐珀(EFPI)高温传感器。利用不同材料的不同热膨胀系数,使EFPI的腔长对温度变化敏感,可以应用在高温场合下。该传感器具有结构简单、灵敏度高、耐高温等特点,测试结果表明,灵敏度为0.3837μm/℃,线性度为0.9956,分辨率为0.26℃。它的正常工作温度范围为0-400℃。

EFPI光纤传感瓦斯浓度信号的小波降噪研究

非本征法布里-珀罗干涉(EFPI)光纤传感瓦斯是一种新型的检测技术,凭借其低成本、易复用、高灵敏度、抗干扰等特点的优势被广泛应用于各领域。由于采集得到的干涉光谱是非限带信号,利用低通滤波器无法对非限带信号进行去噪处理,选用小波变换,首先对光谱信号作层层小波分解,选取合理阈值滤除每层信号中高频成分,最后利用小波重构恢复去噪后的光谱信号。通过在线仿真,结果表明小波变换可以很好的实现干涉光谱信号的去噪,提高了整个光纤瓦斯传感系统的性能和稳定性。

EFPI-FBG复合光纤传感器高温大应变试验研究

由于缺乏航空发动机/燃气轮机服役环境下叶片温度、应变有效性检测的技术与装置,所以工作叶片的温度环境、载荷环境和应变分布等关键数据的缺失是故障检修工作中的最大困难之一。采用非本征型法布里-珀罗(Extrinsic Farby-Perot Interferometric, EFPI)与光纤光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)传感技术,研制了一种基于单模光纤的EFPI-FBG复合光纤传感器及其解调设备。通过搭建高温拉伸试验平台,开展了基于DZ125材料试件的复合光纤传感器高温、大应变测量的性能测试。试验结果表明:复合光纤传感器的工作温度范围为26℃~1 100℃,温度测量精度不超过全量程的5%,分辨率为0.066℃;F-P传感器的应变测量范围为0~19 468με,在1 100℃下的相对误差为1.96%,分辨率为0.053με。

耐高温全金属化封装的光纤法布里-珀罗干涉仪和光纤光栅复合传感器

利用非本征型光纤法布里-珀罗干涉仪（EFPI）和光纤布拉格光栅（FBG）制作了一种温度和应力同时测量的复合光纤传感器。采用超高真空磁控溅射镀膜、电镀及激光焊接技术实现了光纤传感器的耐高温全金属无胶化封装。实验结果表明：在290℃温度条件下传感器的应力灵敏度为90pm／N，具备良好的线性测量能力（约0．9965）；传感器的温度灵敏度为12pm／℃，线性度可达到0．9988，其温度补偿效果较好。实验结果同时证明了采用超高真空磁控溅射镀膜及激光焊接技术实现光纤传感器耐高温全金属化封装方法的可行性与有效性。

基于EFPI传感器的变压器套管局放检测

变压器套管是变压器的重要附件之一,局部放电现象是导致套管发生绝缘类故障的主要原因,对其进行局部放电检测有利于提高电网运行的安全稳定性。针对现有套管局放检测方法检测灵敏度低、抗电磁干扰能力差等问题。本研究提出了一种基于光纤EFPI传感器的变压器套管局部放电检测方法。设计并制作了能够伸入变压器套管内部及变压器升高座内部的光纤EFPI传感器。搭建套管局放检测实验平台,对含有4类典型缺陷的套管进行局放检测实验,对比分析了EFPI传感器与其他传统的局放检测传感器对套管内外部放电的检测效果,证明了利用EFPI传感器进行套管局放检测的可行性和优越性,有一定的工程意义。

非本征F-P干涉仪式光纤触觉传感器的研究

基于法布里-珀罗(F-P)干涉原理,设计制作了具有核磁共振成像(MRI)兼容能力的光纤非本征F-P干涉仪(EFPI)结构的触觉传感器。在整个光纤触觉传感系统中,利用螺旋微控装置对传感器施加力,通过光谱分析(OSA)测量干涉光谱,利用交叉相关解调技术解调出传感器腔长,同时由FS20系列力传感器进行标定。对传感器的性能指标进行了分析,本文传感器的测量范围为0～3N,测量分辨率为0.02nm,多次测量结果显示和理论的吻合度较高。

高灵敏度光纤温度传感器

针对深井温度变化小,提出了一种可用于深井温度测量的高灵敏度光纤温度传感器。两根陶瓷插芯从铝管的两端插入构成外腔式光纤法珀干涉仪(EFPI)结构,用螺钉固定插芯,再用高强度的环氧树脂密封该结构,达到防水防尘效果。金属铝和陶瓷插芯具有不同的热膨胀系数,温度的变化将引起EFPI腔长变化,采用高灵敏度光纤白光干涉测量技术,就可以通过测量EFPI腔长获得被测温度。分别在固定温度和不同温度下,对腔长为146.5μm的EFPI光纤温度传感器进行了连续测量。测量结果表明,高灵敏度EFPI光纤温度传感器的腔长-温度灵敏度为260nm/℃,温度测量分辨率为0.002℃。