[发明专利]局部放电光纤EFPI传感器的非密封式法珀腔探头

说明书

本发明涉及一种局部放电光纤EFPI传感器的非密封式法珀腔探头，包括敏感膜片、套管、固定护套、压力平衡孔、光纤，所述的敏感膜片安装在套管一端，所述的固定护套插入套管另一端，所述的光纤插入固定护套中，所述的光纤、固定护套、套管和敏感膜片连接后形成非密封式法珀腔，所述的压力平衡孔设在固定护套中并与非密封式法珀腔连通。与现有技术相比，本发明具有性能更加稳定等优点。

技术领域

本发明涉及一种，尤其是涉及一种局部放电光纤EFPI传感器的非密封式法珀腔探头。

背景技术

大量的研究资料表明，基于光纤耦合技术的光纤传感器，在电工设备局部放电(PD)超声波、光信号和脉冲电流检测中具有很好的应用前景。经过多年相关技术的发展和探索，采用非本征型法珀干涉仪(Extrinsic Fabry-Perot Interferometer,EFPI)传感器法即光纤EFPI传感器，被广泛研究和应用于电工设备如变压器和气体绝缘组合电器等设备局部放电的超声波信号检测。

光纤EFPI传感器是一套使用敏感膜片结构将超声波转换为机械振动，再利用法珀干涉技术将机械振动转化为光学参量变化，最终被光电探测器等相关仪器转化、采集、解调的高性能声超波检测系统。其系统原理图如图1所示，光源发出的光经过光纤和耦合器(环形器)进入由光纤端面和敏感膜片结构组成的法珀腔，在法珀腔发生法珀干涉后反射回光纤，最终再经过光纤耦合器被光电探测器转换成电信号，并高速数据采集装置采集后存储、分析和显示。当敏感膜片结构被超声波激励振动时，会引起法珀腔长的改变，最终导致法珀干涉光强的改变或干涉峰值波长的偏移，通过采集光强的改变或峰值波长的偏移可最终复原声波信号。

工作环境压力是影响EFPI传感器法珀腔敏感膜片工作的首要因素。能够安装PD检测用光纤EFPI传感器的变压器，其在注油前需要抽真空，EFPI传感器安装在变压器箱体内，承受抽真空和油面高度(最高约5米)带来的压力。压力会引起EFPI传感器法珀腔膜(图2)敏感膜片发生凸凹形变引起干涉工作点相位的变化外，甚至存在破坏膜片的风险。另外，如果将EFPI传感器用于气体绝缘组合电器设备PD超声波信号的在线监测或带电检测，0.5MPa的SF6气体压力比变压器的工作环境压力更严酷。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种局部放电光纤EFPI传感器的非密封式法珀腔探头。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种局部放电光纤EFPI传感器的非密封式法珀腔探头，包括敏感膜片、套管、固定护套、压力平衡孔、光纤，所述的敏感膜片安装在套管一端，所述的固定护套插入套管另一端，所述的光纤插入固定护套中，所述的光纤、固定护套、套管和敏感膜片连接后形成非密封式法珀腔，所述的压力平衡孔设在固定护套中并与非密封式法珀腔连通。

优选地，所述的探头的机械工作特性由敏感膜片等效长度2a和膜片厚度h、以及电工设备绝缘介质特性决定。

优选地，与所述的敏感膜片相对的光纤端面上设有反射端面1，所述的敏感膜片对应位置设有反射端面2。

优选地，所述的探头的光转换工作特性由光源特性、光纤工作波长λ、法珀腔长l、以及光纤端面决定的反射端面1和敏感膜片内侧面决定的反射端面2两者的反射率决定。

优选地，所述的反射端面2设有镀金。

优选地，所述的敏感膜片选择硅或者二氧化硅材料。

优选地，所述的光纤为单模光纤，芯径8～10μm，工作波长λ区域为1300～1600nm。

优选地，所述的压力平衡孔，对固定护套进行通孔处理，孔径R选择敏感膜片等效长度2a的1/10～1/8。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：