光纤传感器放大器说明书，光纤声发射传感器

局部放电（简称：局部放电）涉及电信号、光信号、超声波信号和化学反应，是威胁高压电力设备安全运行的重要因素。其中，超声信号具有即时性高、易于检测、抗电磁干扰等特点，成为近年来的研究热点。局部放电超声信号的检测方法已逐渐从传统的外置压电陶瓷检测方法转变为内置光纤声波传感器检测方法。在众多光纤声波传感器中，外置光纤法布里-珀罗干涉仪（EFPI）传感器以其结构简单、体积小、灵敏度高等优点引起了国内外研究人员的高度关注。

1 动态温度和静压变化对传感器检测性能的影响及解决方案根据EFPI传感器的原理，其检测灵敏度受传感器腔体长度的影响。当传感器用于变压器油中时，膜片由于静水压力而变形，改变传感器腔长度。同时，传感器本体材料也改变线性热膨胀，导致传感器腔长度变化。当腔体长度改变时，必须重新调整静态工作点，以保证传感器的检测灵敏度。在实际应用中，大多数传感器处于动态温度和压力状态，这对传感器稳定性有显着影响。 1）工作点动态跟踪技术工作点动态跟踪系统可以有效解决工作点漂移问题。系统示意图如图1所示。

图1

放大自发发射(ASE) 从宽带光源发出的光进入隔离器，穿过隔离器，进入可调谐FP 滤波器，变成窄带光，然后进入隔离器。窄带光的中心波长由PZT 驱动器控制。调节；窄带光通过1:2 耦合器1 和2 进入光谱仪和传感器。光电放大器通过耦合器2接收从传感器返回的光并将其转换为电信号。它将发送到您的计算机。该系统的工作原理是通过可调节的窄带光扫描传感器，获得不同窄带波长对应的传感器实时干涉光谱的输出电压，并分析计算输出电压以实现最佳操作。重点。提高传感器性能并稳定传感器对局部放电超声信号的响应。 2）准连续正交调频技术准连续正交调频技术利用EFPI传感器的正交强度，保证用于超声波信号检测的EFPI传感器的检测灵敏度不受静压或温度变化的影响。还涵盖解调系统。该技术的基本原理如图2所示。 MG-Y 激光器采集具有固定偏差(/2) 的四个连续光频率，并使用现场可编程门阵列(FPGA) 和光电探测器(PD) 检测信号，处理并重新调整激光输出光信号保证EFPI传感器检测的稳定性。

图2 准连续正交调频技术系统及原理图

2、电力设备中出现PD点的地方，传感器的响应角与灵敏度之间的关系不清楚，而PD发出的超声波信号类似点源，超声波信号呈球形传播。海浪。在实际应用中，传感器的安装位置是固定的，传感器膜片的法线方向与声波矢量的方向之间形成一个角度。根据声学基本原理，当相同强度的声波从不同角度入射到传感器膜片上时，传感器膜片受力产生不同的变形，传感器膜片的变形量直接影响检测灵敏度。在实际应用中，为了选择传感器的最佳安装位置，需要确定传感器的响应角与检测灵敏度之间的关系。使用脉冲点火器作为局部放电声信号构建的实验平台如图3所示。脉冲点火器和传感器固定在可旋转的光学滑轨上，由于脉冲点火器的放电量不完全相同，因此在每个放电位置进行10次有效放电，并对输出信号进行平均，以提高精度。我们已经确保了它的安全。测试响应。测试角度为0~360（增量为15），脉冲点火器与传感器之间的距离d分别为25 cm、50 cm、75 cm、100 cm，实验结果如图4所示。实验结果表明，在60范围内具有良好的响应灵敏度。

图3 实验设备示意图

图4 不同角度和位置检测到的超声波信号

3 变压器油对传感器特性参数的影响当EFPI传感器用于变压器油中时，传感器膜片两侧分别与变压器油和空气接触，膜片的固有谐振频率发生变化。造成上述问题的原因是变压器油具有一定的粘度，因此当变压器油与传感器膜片接触时，膜片振动的附加质量增加，最终导致传感器膜片的固有谐振频率降低。有事要做。我们搭建了一个实验平台，对同一个传感器接触油和不接触油的情况进行实验验证（如图5所示）。实验传感器直接放入变压器油中进行实验，其结构如图6所示。接下来，拆下传感器，除去表面变压器油，并将封装的传感器放入变压器油中，使膜片两侧仅与空气接触，重复实验。图7.

图5 EFPI传感器超声波测量系统实验平台

图6 EFPI传感器结构图

图7 EFPI传感器封装结构

实验平台采用PZT作为声激励信号，输入信号范围为20~200 kHz，步长为10 kHz，封装与非封装EFPI传感器在变压器油中幅频特性对比实验结果如下。如图8所示。实验结构表明，完全安装在空气中的传感器膜片的固有谐振频率为133 kHz，而在变压器油中的固有谐振频率降低至58 kHz。谐振频率由封装决定。由于其结构，会发生一定量的声音衰减。

图8

图9 不同温度下变压器油中EFPI的幅频特性

利用该实验台，我们将传感器直接安装到变压器油中进行了温度变化实验，测量了20、50、80下的幅频特性结果如图所示。图9.实验结果表明，传感器的固有谐振频率随着温度的升高而增大，这是因为随着温度的升高，变压器油的粘度降低，膜片外表面的附加质量减小。

本文编辑自2022年第5期《电工技术学报》，论文标题为“外部光纤法局部放电检测研究进展——Perl传感器”，作者为陈启超、张伟超等。本文第一作者为陈启超，1988年出生，博士研究生，研究方向为高压电力设备绝缘测试。通讯作者为张伟超，1984年出生，博士，副教授，研究方向为光纤传感与高压隔离检测。该项目得到国家自然科学基金青年基金、黑龙江省普通高校基本科研业务费专项资金、国家电网浙江省电力有限公司科技项目的资助。