[发明专利]一种基于光纤法珀干涉仪的局部放电多频联合传感阵列

说明书

本申请公开了一种基于光纤法珀干涉仪的局部放电多频联合传感阵列，包括激光器、第一光纤耦合器、第二光纤耦合器、光电探测器、滤波器、数据采集卡、N个光纤环形器和N个光纤法珀干涉仪；激光器提供窄带激光，经第一光纤耦合器分为N束窄带激光分别输入N个光纤环形器，前向传输的激光经光纤环形器后，分别输入光纤法珀干涉仪中产生干涉，干涉后的反射光，后向传输，经光纤环形器后，输入第二光纤耦合器，经第二光纤耦合器耦合后输入光电探测器，经光电探测器转换为电压信号输入滤波器，经滤波器进行带通滤波放大后输入数据采集卡。本发明可解决传统局部放电超声传感器检测频带窄、灵敏度低的问题，具有结构简单，成本低，使用方便等特点。

技术领域

本发明属于电气设备在线监测技术领域，涉及一种基于光纤法珀干涉仪的局部放电多频联合传感阵列。

背景技术

电气设备的故障多数为绝缘故障，当绝缘材料中存在局部缺陷时，如设备内部的裂缝、气隙和金属尖端等，缺陷处由于场强过高易发生老化放电，此时其他区域仍保持一定的绝缘性，从而形成了局部放电。

电气设备局部放电时会产生超声波信号。光纤超声传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、较适宜布置于电气设备内部等优势，其在电气设备局部放电监测中的应用受到广泛关注。

基于光纤法珀干涉仪的局部放电传感器是目前最常用且最有效的光纤局部放电传感器，具有结构简单、定位准确等优点。光纤法珀干涉仪由光纤端面、感应膜片、干涉腔壁面构成，超声波通过引起感应膜片的振动，导致干涉相位和干涉强度发生变化，因此膜片的材料和结构是决定传感器超声传感特性的关键。为了提高局部放电超声波信号检测的灵敏度，一般将膜片的谐振频率设计在局部放电超声信号能量在频谱的集中区域。

变压器内部不同类型的局部放电产生的超声波信号具有不同的频率分布，如纸板中的气隙放电的超声波信号主要集中在40kHz、油中沿纸板面放电的超声信号主要集中在50kHz和100kHz、油中金属尖端放电的超声信号主要集中在150kHz。

然而，基于谐振式敏感膜片的光纤法珀干涉仪局部放电传感器的高灵敏度响应区间的带宽一般在20kHz左右，难以覆盖不同类型局部放电产生的超声波信号的频率范围，导致局部放电的检测灵敏度较低，难以准确预警电气设备的绝缘缺陷。

发明内容

为解决现有技术中的不足，本申请提供一种基于光纤法珀干涉仪的局部放电多频联合传感阵列，可解决传统局部放电超声传感器检测频带窄、灵敏度低的问题，具有结构简单，成本低，使用方便等特点。

为了实现上述目标，本发明采用如下技术方案：

一种基于光纤法珀干涉仪的局部放电多频联合传感阵列，包括：激光器、1分N的第一光纤耦合器、N分1的第二光纤耦合器、光电探测器、滤波器、数据采集卡、N个光纤环形器和N个光纤法珀干涉仪，N＞1；

所述激光器用于提供窄带激光，经第一光纤耦合器分为N束窄带激光分别输入N个光纤环形器，前向传输的激光经光纤环形器后，分别输入光纤法珀干涉仪中产生干涉，干涉后的反射光，后向传输，经光纤环形器后，输入第二光纤耦合器，第二光纤耦合器将激光汇聚耦合后输入光电探测器，经光电探测器转换为电压信号输入滤波器，经滤波器进行带通滤波放大后输入数据采集卡，数据采集卡中通过预先设置的阈值，实现局部放电的检测。

本发明进一步包括以下优选方案：

优选地，所述激光器为窄带激光器。

优选地，所述第一光纤耦合器、第二光纤耦合器，其分光比均设置为等比分光。

优选地，所述光纤环形器为单模光纤环形器。

优选地，所述光电探测器为铟镓砷光电转换器。

优选地，所述N个光纤法珀干涉仪，分别使用不同的膜片结构，使得膜片在液体环境中具有不同的谐振频率，从而实现对不同类型局部放电超声波信号的高灵敏度传感。