本發(fā)明涉及傳感器，尤其涉及一種多諧振頻率局放超聲傳感器及局放超聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、局部放電是危害大型電力設(shè)備絕緣前期劣化的初步表現(xiàn)，其檢測(cè)對(duì)于準(zhǔn)確判斷絕緣狀態(tài)、預(yù)防重大電力事故、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。局部放電發(fā)生時(shí)伴隨有聲、光、電、熱等多種物理現(xiàn)象，其中局放超聲信號(hào)具有局放點(diǎn)定位精度高、抗電磁干擾能力強(qiáng)、檢測(cè)頻帶與現(xiàn)場(chǎng)低頻振動(dòng)相隔離的獨(dú)特檢測(cè)優(yōu)勢(shì)而被廣泛關(guān)注。

2、目前，被廣泛使用的局放超聲傳感器主要有壓電陶瓷超聲傳感器（pzt）和光纖超聲傳感器，其中光纖超聲傳感器因傳輸距離遠(yuǎn)、傳輸信號(hào)抗電磁干擾能力強(qiáng)而被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究，但目前光纖超聲傳感器仍存在兩方面的問題，首先，其檢測(cè)性能受穩(wěn)定性影響較大，導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定；其次，諧振式的檢測(cè)方式限制了其檢測(cè)頻帶，容易出現(xiàn)傳感器檢測(cè)頻帶與局放超聲信號(hào)本征高能頻譜不匹配的情況，從而導(dǎo)致了局放信號(hào)的漏檢和誤判，這成為了亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)光纖超聲傳感器易出現(xiàn)傳感器檢測(cè)頻帶與局放超聲信號(hào)本征高能頻譜不匹配而導(dǎo)致的局放漏檢漏判問題，本發(fā)明提供一種多諧振頻率局放超聲傳感器及局放超聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)。

2、本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

3、一種多諧振頻率局放超聲傳感器，包括毛細(xì)玻璃管，安裝于毛細(xì)玻璃管內(nèi)的光纖準(zhǔn)直鏡，安裝于毛細(xì)玻璃管一側(cè)端部的膜片；毛細(xì)玻璃管設(shè)有光纖匹配液容腔，光纖匹配液容腔位于光纖準(zhǔn)直鏡和膜片之間，光纖匹配液容腔裝有光纖匹配液，且安裝有向中心位置延伸的一組懸臂梁，懸臂梁和膜片上均鍍有一定反射率的反射膜；

4、所述光纖準(zhǔn)直鏡通過穿過毛細(xì)玻璃管的光纖線與耦合器連接，耦合器分別與驅(qū)動(dòng)光源和光電轉(zhuǎn)換器連接，光電轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)采集終端連接。

5、進(jìn)一步，該多諧振頻率局放超聲傳感器通過一組懸臂梁、光纖準(zhǔn)直鏡、光纖線和耦合器形成共光路，即邁克爾遜干涉儀原理；共光路能夠抵消由溫度導(dǎo)致的光路熱伸縮。

6、進(jìn)一步，所述驅(qū)動(dòng)光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)耦合器及光纖線后進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器，光纖準(zhǔn)直器將發(fā)散的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐淙氲焦饫w匹配液中；

7、匹配液中的平行光束，其上半部分和下半部分分別被一組懸臂梁遮擋，并由懸臂梁的端面反射膜將光信號(hào)反射；平行光束中間部分則直接入射到膜片上，被膜片的反射膜反射；

8、光信號(hào)在此傳輸過程形成了固定的光程差，并在反射回光纖準(zhǔn)直器后發(fā)生干涉，該干涉光信號(hào)經(jīng)光纖線、耦合器和光電轉(zhuǎn)換器后送入數(shù)據(jù)采集分析終端。

9、進(jìn)一步，所述一組懸臂梁包括第一懸臂梁和第二懸臂梁；第一懸臂梁、第二懸臂梁和膜片，三者的諧振頻率各不相同。

10、進(jìn)一步，基于第一懸臂梁、第二懸臂梁和膜片，三者的諧振頻率各不相同；當(dāng)寬頻帶局放超聲信號(hào)作用于傳感器時(shí)，第一懸臂梁、第二懸臂梁、及膜片會(huì)分別在各自的諧振頻率區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生大幅振動(dòng)，振動(dòng)導(dǎo)致光信號(hào)在傳輸過程中的光程差發(fā)生變化，導(dǎo)致反射回光纖準(zhǔn)直器的光信號(hào)干涉強(qiáng)度發(fā)生變化；基于干涉強(qiáng)度的變化經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，將輸出相應(yīng)的電信號(hào)，這些變化的電信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行采集和分析。

11、一種局放超聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，該局放超聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)基于上述的多諧振頻率局放超聲傳感器，包括多諧振頻率局放超聲傳感器、傳感器驅(qū)動(dòng)及解調(diào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集終端；

12、多諧振頻率局放超聲傳感器置于待測(cè)變壓器的變壓器油中，其與傳感器驅(qū)動(dòng)及解調(diào)系統(tǒng)連接；傳感器驅(qū)動(dòng)及解調(diào)系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集終端連接，其包括1分2耦合器、激光器和光電轉(zhuǎn)換器；

13、多諧振頻率局放超聲傳感器檢測(cè)局放超聲信號(hào)，局放超聲信號(hào)作用于第一懸臂梁、第二懸臂梁和膜片使其在各自的諧振頻率區(qū)間產(chǎn)生振動(dòng)，從而攜帶懸臂梁和膜片變形量信息的光束的光程差發(fā)生變化，反射光通過光纖準(zhǔn)直器進(jìn)行干涉，干涉信號(hào)光經(jīng)1分2耦合器輸出至光電轉(zhuǎn)換器，光電轉(zhuǎn)換器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集終端，采集終端獲取第一懸臂梁、第二懸臂梁和膜片受到的局放超聲信號(hào)。

14、本發(fā)明的有益效果是：

15、該多諧振頻率局放超聲傳感器利用邁克爾遜干涉儀原理，具有三個(gè)諧振檢測(cè)頻帶共聚，利用兩個(gè)懸臂梁和一個(gè)膜片的諧振頻率都不同的特性，使得測(cè)量局放超聲信號(hào)時(shí)懸臂梁和膜片均在各自的諧振頻率區(qū)間產(chǎn)生振動(dòng)，造成光信號(hào)的光程差發(fā)生變化，最終使得反射光信號(hào)干涉強(qiáng)度發(fā)生變化，通過光強(qiáng)的變化還原被測(cè)超聲信號(hào)，從而懸臂梁膜片都能檢測(cè)到局放超聲信號(hào)。

16、該多諧振頻率局放超聲傳感器采用共光路設(shè)計(jì)，由于傳感器中的光信號(hào)所經(jīng)光路均在同一路徑之中，當(dāng)環(huán)境溫度發(fā)生變化時(shí)，光信號(hào)所經(jīng)光路將同時(shí)增加或同時(shí)減小，從而光信號(hào)的光程差沒有出現(xiàn)變化，即干涉相位沒有變化，因此共光路設(shè)計(jì)能夠抵消由溫度導(dǎo)致的光路熱伸縮問題，以此消除溫度的影響。

技術(shù)特征：

1.一種多諧振頻率局放超聲傳感器，其特征在于：包括毛細(xì)玻璃管，安裝于毛細(xì)玻璃管內(nèi)的光纖準(zhǔn)直鏡，安裝于毛細(xì)玻璃管一側(cè)端部的膜片；毛細(xì)玻璃管設(shè)有光纖匹配液容腔，光纖匹配液容腔位于光纖準(zhǔn)直鏡和膜片之間，光纖匹配液容腔裝有光纖匹配液，且安裝有向中心位置延伸的一組懸臂梁，懸臂梁和膜片上均鍍有一定反射率的反射膜；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多諧振頻率局放超聲傳感器，其特征在于：該多諧振頻率局放超聲傳感器通過一組懸臂梁、光纖準(zhǔn)直鏡、光纖線和耦合器形成共光路，即邁克爾遜干涉儀原理；共光路能夠抵消由溫度導(dǎo)致的光路熱伸縮。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多諧振頻率局放超聲傳感器，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)光源發(fā)出的光信號(hào)經(jīng)耦合器及光纖線后進(jìn)入光纖準(zhǔn)直器，光纖準(zhǔn)直器將發(fā)散的光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)槠叫泄馐?，射入到光纖匹配液中；

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多諧振頻率局放超聲傳感器，其特征在于：所述一組懸臂梁包括第一懸臂梁和第二懸臂梁；第一懸臂梁、第二懸臂梁和膜片，三者的諧振頻率各不相同。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多諧振頻率局放超聲傳感器，其特征在于：基于第一懸臂梁、第二懸臂梁和膜片，三者的諧振頻率各不相同；當(dāng)寬頻帶局放超聲信號(hào)作用于傳感器時(shí)，第一懸臂梁、第二懸臂梁、及膜片會(huì)分別在各自的諧振頻率區(qū)間內(nèi)產(chǎn)生大幅振動(dòng)，振動(dòng)導(dǎo)致光信號(hào)在傳輸過程中的光程差發(fā)生變化，導(dǎo)致反射回光纖準(zhǔn)直器的光信號(hào)干涉強(qiáng)度發(fā)生變化；基于干涉強(qiáng)度的變化經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后，將輸出相應(yīng)的電信號(hào)，這些變化的電信號(hào)通過數(shù)據(jù)采集終端進(jìn)行采集和分析。

6.一種局放超聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)，該局放超聲信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)基于權(quán)利要求1-5任一所述的多諧振頻率局放超聲傳感器，其特征在于：包括多諧振頻率局放超聲傳感器、傳感器驅(qū)動(dòng)及解調(diào)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集終端；

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種多諧振頻率局放超聲傳感器，包括毛細(xì)玻璃管，安裝于毛細(xì)玻璃管內(nèi)的光纖準(zhǔn)直鏡，安裝于毛細(xì)玻璃管一側(cè)端部的膜片；毛細(xì)玻璃管設(shè)有光纖匹配液容腔，光纖匹配液容腔位于光纖準(zhǔn)直鏡和膜片之間，光纖匹配液容腔裝有光纖匹配液，且安裝有向中心位置延伸的一組懸臂梁，懸臂梁和膜片上均鍍有一定反射率的反射膜；光纖準(zhǔn)直鏡通過穿過毛細(xì)玻璃管的光纖線與耦合器連接，耦合器分別與驅(qū)動(dòng)光源和光電轉(zhuǎn)換器連接，光電轉(zhuǎn)換器與數(shù)據(jù)采集終端連接。本發(fā)明利用邁克爾遜干涉儀原理，具有三個(gè)諧振檢測(cè)頻帶共聚，通過光強(qiáng)的變化還原被測(cè)超聲信號(hào)，從而懸臂梁膜片都能檢測(cè)到局放超聲信號(hào)；同時(shí)采用共光路設(shè)計(jì)，能夠抵消由溫度導(dǎo)致的光路熱伸縮問題，以此消除溫度的影響。

技術(shù)研發(fā)人員：王金龍,周駿,崔林,陳連飛,陳鵬程,王磊,王光江
受保護(hù)的技術(shù)使用者：云南電力試驗(yàn)研究院（集團(tuán)）有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/17