[发明专利]一种变压器监测与感知一体化光纤传感器及使用方法

权利要求书

1.一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：传感器包括壳体、第一光纤光栅、第二光纤光栅、第三光纤光栅、管状弹性敏感元件、球形摆锤及弹簧；所述壳体采用圆柱形结构，壳体的上半段中心设置有圆柱孔道，壳体的下半段内部设有圆柱腔室；所述第一光纤光栅和第二光纤光栅由上至下安装在圆柱孔道内，通过第一光纤光栅和第二光纤光栅对变压器油的折射率和温度进行测量；所述管状弹性敏感元件位于圆柱腔室内，管状弹性敏感元件上端与圆柱孔道的下端孔口相固连，所述球形摆锤固定安装在管状弹性敏感元件下端，所述弹簧上端连接在球形摆锤上，弹簧下端连接在壳体上；所述第三光纤光栅安装在管状弹性敏感元件内部，通过第三光纤光栅对变压器的振动进行测量；所述第一光纤光栅、第二光纤光栅及第三光纤光栅通过光纤连接器与光学解调器相连，通过光学解调器对光信号进行调解，用于获得变压器油的折射率、变压器油的温度及变压器振动信息；所述管状弹性敏感元件可沿任一方向发生形变；使用方法包括如下步骤：

步骤一：将变压器监测与感知一体化光纤传感器安装到变压器绕组上，变压器油会通过圆柱孔道流入光纤传感器内部，当变压器油流经第一光纤光栅时，通过第一光纤光栅可以测得变压器油的光纤输出强度，再将实时测得的变压器油的光纤输出强度与纯净度在标准值下的变压器油的光纤输出强度进行对比，进而检测出变压器油的老化程度；

步骤二：当变压器油流经第二光纤光栅时，第二光纤光栅的栅间距离会因变压器油的温度而发生变化，导致透射和反射光的中心波长也随之发生变化，进而定量测量出变压器油的温度；

步骤三：当变压器绕组或铁芯 发生振动时，振动会通过壳体传递至球形摆锤，导致球形摆锤摆动并产生相应应力，使得管状弹性敏感元件在球形摆锤产生的应力下发生微量形变，此时第三光纤光栅的栅间距离会因管状弹性敏感元件的微量形变而发生变化，导致透射和反射光的中心波长也随之发生变化，进而定量测量出变压器的振动；

步骤四：第一光纤光栅、第二光纤光栅及第三光纤光栅采集到的光信号通过光纤传输至光学解调器，光学解调器对光信号进行解调，进而获得变压器振动频率、变压器油的温度和变压器油的折射率，实现对变压器运行状态的监测和感知。

2.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：所述第一光纤光栅、第二光纤光栅及第三光纤光栅均采用布拉格光栅。

3.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：所述第一光纤光栅和第二光纤光栅沿圆柱孔道轴线方向固定在圆柱孔道的内部，且第一光纤光栅和第二光纤光栅所在的平面与圆柱孔道的轴线相平行。

4.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：所述管状弹性敏感元件选用铝管，所述第三光纤光栅沿管状弹性敏感元件轴线方向且通过环氧树脂固定在管状弹性敏感元件内部，第三光纤光栅在管状弹性敏感元件内部处于紧绷状态。

5.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：在所述第一光纤光栅表面涂抹有负温度系数聚合物，用于补偿第一光纤光栅的热胀冷缩效应以及增强第一光纤光栅对折射率的精确度。

6.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：在所述第一光纤光栅、第二光纤光栅及第三光纤光栅表面均涂抹有聚酰亚胺聚合物，用于防止高温破坏光栅结构。

7.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：所述光纤连接器采用FC光纤连接器、SC光纤连接器、ST光纤连接器或LC光纤连接器。

8.根据权利要求1所述的一种变压器监测与感知一体化光纤传感器的使用方法，其特征在于：所述光学解调器采用波长解调器或光谱仪。