[发明专利]频率响应特性可调谐的局部放电超声光纤传感系统及方法

摘要

一种频率响应特性可调谐的局部放电超声光纤传感系统及方法，该系统包括宽谱光源、光电探测器、光电探测器、3x3光纤耦合器、延迟光纤、引导光纤、传感光纤、光功率监测模块、三通道数据采集系统和工控机；其方法为：根据待测电力设备局部放电超声的频率特性调节延迟光纤和传感光纤长度使整体传感系统的频率响应特性与其相匹配，当传感光纤已敷设在电力设备时，通过改变延迟光纤长度来调节整体传感系统的频率响应特性，该方法优点在于仅通过更换两段光纤，即延迟光纤和传感光纤，即可实现整体传感系统频率响应曲线的调节，有助于使用单一传感系统完成由于电力设备不同带来不同频率特性的局部放电超声的检测。

主权项

1.一种频率响应特性可调谐的局部放电超声光纤传感系统，其特征在于：包括3x3对称光纤耦合器(4)，选取3x3对称光纤耦合器(4)的任一侧，该侧的三个接口分别与宽谱光源(1)的输出、第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)的输入端相连，3x3对称光纤耦合器(4)另一侧的三个接口分别与第一引导光纤(6)、第二引导光纤(8)和光功率监测模块(10)的输入端相连；第一引导光纤(6)的另一端与延迟光纤(5)相连，延迟光纤(5)的另一端与第三引导光纤(7)相连，第三引导光纤(7)的另一端与传感光纤(9)相连，传感光纤(9)的另一端与第二引导光纤(8)另一端相连；第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)的输出端与三通道数据采集系统(11)的任意两个通道相连，三通道数据采集系统(11)未连接第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)的通道用以采集工频电压，三通道数据采集系统(11)的输出端与工控机(12)相连；所述频率响应特性可调谐的局部放电超声光纤传感系统的测试方法，包括如下步骤：步骤1：搭建所述频率响应特性可调谐的局部放电超声光纤传感系统，根据以下公式计算所搭建的频率响应特性可调谐的局部放电超声光纤传感系统的归一化频率响应特性，cos(ωsz/v)‑cos(ωs(l‑z/v)其中ωs为目标信号的角频率，l为光纤总长度即第一引导光纤(6)、第三引导光纤(7)、第二引导光纤(8)、延迟光纤(5)、传感光纤(9)的长度总和，z为传感光纤(9)所处的位置，v为光纤中光的速度；比对所得归一化频率响应特性是否覆盖相应的待测电力设备中局部放电超声的频率范围；步骤2：将传感光纤(9)置入待测区域中，打开宽谱光源(1)，将三通道数据采集单元(11)设置为工频电压输入端口触发，此时若出现局部放电，其产生的超声会调制传感光纤(9)的折射率及其长度；相应的，经过传感光纤(9)的两束光的相位会出现调制现象，当两束光被调制的相位不同时，在第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)所检测到的光强由于干涉现象出现变化，因此由光强所转换成的电流信号出现变化，通过三通道数据采集单元(11)采集该电流信号，在工控机(12)中进行信号处理，结合采集到的电压相位信息制作局部放电相位谱图，其具体为：步骤201：三通道数据采集单元(11)分别采集了第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)传递的电信号和工频电压信号，将第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)的幅值信号进行相减操作；将第一光电探测器(2)和第二光电探测器(3)的幅值信号所处的时刻，即幅值信号对应的时间信号除以20毫秒并乘以360度得到相位信号；步骤202：对步骤201处理后的幅值信号利用巴特沃斯滤波器进行滤波；步骤203：将步骤202中所处理得到的信号作为纵轴坐标，将步骤201处理所得到的相位信号作为横轴坐标，将其制成二维局部放电相位谱图；步骤3：计算所测量幅值信号的峰值信噪比，即时域测量结果最大值除以均方根值，若所测量信号信噪比不满足要求，调节延迟光纤(5)的长度来调节传感系统频率响应曲线的峰值点，直到测量结果信噪比满足需求；若调节延迟光纤(5)无法改善信噪比，则停止测试，将传感光纤(9)取出并重新制作总长度更长的传感光纤(9)，并重新从步骤1开始测试；步骤4：若待测电力设备出现更换，其局部放电超声频率分布也会有变换，则重新将传感光纤(9)取出并重新制作新的延迟光纤(5)和传感光纤(9)，其频率响应特性根据步骤1进行计算，要求传感系统的频率响应特性需覆盖待测信号的频率特性。