自適應(yīng)型變壓器局部放電的光纖超聲檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種光纖在線聲發(fā)射(20kHz-200kHz)檢測(cè)系統(tǒng)，尤其涉及一種自適應(yīng)型變壓器局部放電的光纖超聲檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在電力變壓器的使用壽命的后期，通過對(duì)其絕緣狀態(tài)等實(shí)現(xiàn)無損在線檢測(cè)及故障早期預(yù)警具有重要意義。變壓器局部放電是狀態(tài)檢測(cè)的重要手段，變壓器局部放電超聲信號(hào)頻譜較寬，且能量大都集中在20kHz?250kHz頻段。傳統(tǒng)的壓電陶瓷類超聲傳感器，測(cè)量效果受電磁干擾比較嚴(yán)重，且由于需要前置放大器，安裝和測(cè)量不便，在強(qiáng)電場(chǎng)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)長期在線測(cè)量有較大困難。相比而言基于光纖的超聲檢測(cè)技術(shù)的更有優(yōu)勢(shì)。
[0003]已報(bào)道的基于光纖熔融拉錐技術(shù)的聲發(fā)射傳感器具有成本低，結(jié)構(gòu)簡單，不受溫度漂移影響的特點(diǎn)。但此種傳感器的耦合周期很長，導(dǎo)致傳感器的靜態(tài)分光比很容易偏離預(yù)設(shè)值，即停機(jī)時(shí)分光比并不是50:50，且不同的傳感器之間分光比相差較大，不同的傳感器之間附加損耗也不一致，加之在實(shí)際應(yīng)用時(shí)不同測(cè)量通道間的光路損耗無法做到一致，這樣就造成傳感器在實(shí)際工作時(shí)兩臂的光功率相差較大，這樣每次更換傳感器就要重新調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)，嚴(yán)重影響系統(tǒng)的適應(yīng)性、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。
[0004]已報(bào)道的采用數(shù)字電位器的方式可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)增益調(diào)整，但是由于實(shí)際應(yīng)用時(shí)兩個(gè)通道的放大倍數(shù)不一致，導(dǎo)致整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)無法標(biāo)定。
[0005]已公開的專利CN201310386525.9”一種基于單模光纖耦合器的聲發(fā)射傳感系統(tǒng)”，采用ASE寬帶光源的方式可以實(shí)現(xiàn)光纖超聲測(cè)量，但由于此類光源光譜范圍較寬(40nm)，測(cè)量結(jié)果是傳感器在整個(gè)光譜范圍內(nèi)平均的結(jié)果，相比窄帶光源來講靈敏度勢(shì)必會(huì)減小，且無法量化其在某一特定波長處的靈敏度，這樣就給系統(tǒng)的測(cè)量、標(biāo)定和不同傳感器之間性能的比較帶來較大困難。
[0006]如果根據(jù)傳感器的傳輸特性選擇特定波長的窄帶光源也可以達(dá)到理想的測(cè)量效果，且可以標(biāo)定和對(duì)比，但是由于傳感器之間傳輸特性不一致，因此一旦更換傳感器就需要更換光源，這一點(diǎn)也不可取。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供一種自適應(yīng)型變壓器局部放電的光纖超聲檢測(cè)系統(tǒng)及檢測(cè)方法，它提供了一種采用窄帶光源并可以實(shí)現(xiàn)波長掃描并鎖定的光纖聲發(fā)射在線檢測(cè)方案。
[0008]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0009]自適應(yīng)型變壓器局部放電的光纖超聲檢測(cè)系統(tǒng)，包括:
[0010]C波段可調(diào)激光光源，所述C波段可調(diào)激光光源發(fā)出的光進(jìn)入光纖聲發(fā)射傳感器，光纖聲發(fā)射傳感器將光一分為二，分別進(jìn)入第一光電轉(zhuǎn)換電路和第二光電轉(zhuǎn)換電路，
[0011 ] 所述第一光電轉(zhuǎn)換電路和第二光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理后得到各自對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，模擬電壓信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2，數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2作差，將差值與設(shè)定電壓范圍進(jìn)行比較:
[0012]如果超出設(shè)定電壓范圍，則單片機(jī)通過串口向C波段可調(diào)激光光源發(fā)出命令，C波段可調(diào)激光光源根據(jù)命令調(diào)整發(fā)射光的中心波長，重新發(fā)射光信號(hào)，重復(fù)上述步驟后，單片機(jī)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路再次對(duì)光電轉(zhuǎn)換后的電壓進(jìn)行采樣并比較，一直循環(huán)下去，直到數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2的差值在設(shè)定電壓范圍內(nèi)；
[0013]如果差值在設(shè)定電壓范圍內(nèi)，則第一光電轉(zhuǎn)換電路和第二光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理后，都將處理后的信號(hào)傳輸給差分放大電路，差分放大電路處理后將信號(hào)送給有源濾波電路，最后有源濾波電路將信號(hào)輸出。
[0014]所述C波段可調(diào)激光光源、光纖聲發(fā)射傳感器、第一光電轉(zhuǎn)換電路/第二光電轉(zhuǎn)換電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和單片機(jī)構(gòu)成了閉環(huán)控制，能根據(jù)不同的光纖聲發(fā)射傳感器的不同的分光比自動(dòng)調(diào)整C波段可調(diào)激光光源的中心波長，使得不同的光纖聲發(fā)射傳感器接入之后能保持一致的靜態(tài)工作點(diǎn)，使得不同的光纖聲發(fā)射傳感器接入之后能保持最佳的響應(yīng)和動(dòng)態(tài)范圍。
[0015]所述C波段可調(diào)激光光源(tunalbe laser，美國UC公司)，型號(hào)GM81022C，波長調(diào)節(jié)范圍 1525-1565nm。
[0016]所述光纖聲發(fā)射傳感器是采用光纖熔融拉錐耦合技術(shù)制作的光纖聲發(fā)射傳感器。
[0017]所述光纖聲發(fā)射傳感器用光纖拉錐機(jī)制作，制作完成后先用石英V形槽初次固定，然后再封入鋁質(zhì)外殼中。
[0018]所述光纖聲發(fā)射傳感器親合周期為90，靜態(tài)分光比為30:70，附加損耗0.5dB。
[0019]所述自適應(yīng)型變壓器局部放電的光纖超聲檢測(cè)系統(tǒng)適用于電力變壓器局部放電引起的20-200khz的超聲在線檢測(cè)。
[0020]一種自適應(yīng)型變壓器局部放電的光纖超聲檢測(cè)方法，包括如下步驟:
[0021]步驟(I):C波段可調(diào)激光光源發(fā)出的最長波長處的光進(jìn)入光纖聲發(fā)射傳感器，光纖聲發(fā)射傳感器將光一分為二，分別進(jìn)入第一光電轉(zhuǎn)換電路和第二光電轉(zhuǎn)換電路；
[0022]步驟⑵:第一光電轉(zhuǎn)換電路和第二光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理后得到各自對(duì)應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，模擬電壓信號(hào)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2，數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2送入單片機(jī)，單片機(jī)對(duì)數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2作差，將差值與設(shè)定電壓范圍進(jìn)行比較；
[0023]步驟(3):根據(jù)步驟(2)的比較結(jié)果，如果數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2的差值在設(shè)定電壓范圍內(nèi)；第一光電轉(zhuǎn)換電路和第二光電轉(zhuǎn)換電路對(duì)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換處理后，都將處理后的信號(hào)傳輸給差分放大電路，差分放大電路處理后將信號(hào)送給有源濾波電路，最后有源濾波電路將信號(hào)輸出。
[0024]所述步驟⑵中，將差值與設(shè)定電壓范圍進(jìn)行比較，如果超出設(shè)定電壓范圍，則單片機(jī)通過串口向C波段可調(diào)激光光源發(fā)出命令，C波段可調(diào)激光光源根據(jù)命令調(diào)整發(fā)射光的中心波長；一直循環(huán)下去，直到數(shù)字電壓信號(hào)Vl和V2的差值在設(shè)定電壓范圍內(nèi)。
[0025]本發(fā)明的有益效果:
[0026]I由于所述解調(diào)方法具有自動(dòng)波長掃描和鎖定功能，使得可調(diào)光源對(duì)于每一只傳感器均可以通過波長掃描的方法鎖定在傳感器在C波段上最靈敏的波長處，從而保證測(cè)量系統(tǒng)具有最佳的靈敏度。且后級(jí)解調(diào)電路增益一致，因此可以準(zhǔn)確得到傳感器在此波長處的靈敏度，且能保持最大的動(dòng)態(tài)范圍，消除了傳感器本身特性不一致和不同光路損耗對(duì)測(cè)量系統(tǒng)的影響。
[0027]2此解調(diào)方法可以通過波長掃描的方法得到每一只傳感器在可調(diào)諧光源掃描光譜范圍上的響應(yīng)，即可以通過電子測(cè)量的方法得到光纖聲發(fā)射傳感器的光學(xué)響應(yīng)特性，此響應(yīng)與通過寬帶光源測(cè)量光纖聲發(fā)射傳感器的響應(yīng)一致。這樣就可以得到每只傳感器在c波段的響應(yīng)曲線，為選擇傳感器提供了依據(jù)。
[0028]3此檢測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了光纖超聲傳感，更換不同靜態(tài)分光比的傳感器之后系統(tǒng)也保持最佳的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍，此種光纖超聲傳感系統(tǒng)不帶電，本質(zhì)安全，不受電磁干擾，無需前置放大器，易于擴(kuò)展，適用于電力變壓器的局部放電超聲長期在線檢測(cè)。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖2是光纖聲發(fā)射傳感器的輸出光譜曲線；其中，橫軸代表波長，單位nm，縱軸代表光強(qiáng)，單位dbm ；
[0031]圖3是光纖聲發(fā)射傳感器加不同應(yīng)變時(shí)的反射譜；其中，橫軸代表波長