一種基于外差法的多通道光纖環聲發射探測系統的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明技術屬于無損檢測領域的聲發射探測技術，主要涉及了一種基于外差法的光纖環聲發射探測系統，用于測量電力變壓器的局部放電聲發射信號。
【背景技術】
[0002]局部放電，簡稱為局放，其英文簡稱為F1D(Partial Discharge);是指在高壓設備中，當外加電壓在電氣設備中產生的場強足以使絕緣部分區域發生放電，但在放電區域內未形成固定放電通道的一種放電現象。一般伴隨著局部放電會發出微弱的聲信號，稱之為聲發射信號，通過對聲發射信號的檢定即可完成對局部放電的判斷。
[0003]電力系統中的變壓器是一種非常重要的電力設備，變壓器安全持續不發生故障的運行決定著變電站整體的運行效率。變壓器的故障大多數是由于絕緣失效引起的:在足夠強的的電場作用下，局部范圍內會發生放電。每一次局部放電對絕緣介質都會造成一些影響，如果局部放電較為輕微，則對絕緣介質的影響較小，如果局部放電較為強烈，則會使得絕緣介質的強度迅速下降。故而局部放電就成為了變壓器絕緣損壞的一種重要因素。
[0004]由于變壓器在運行過程中，處于強電磁干擾的的內部環境，這直接導致了基于電運行的設備由于強烈的電磁場干擾無法合理運作，所以傳統局部放電方式有以下的幾種主要缺陷:(1)因為變壓器在運行過程中處于強烈的電磁場中，故而無法在運行時對變壓器的各種情況進行測量，這使得實驗環境與運行環境不同，所以實驗得到的變壓器的結果無法最貼近真實的結果。(2)雖然微弱的局部放電會造成絕緣介質緩慢的變化，但是仍然有很多的損壞是由于單次的，強烈的局部放電造成的，基于電的監測方法無法實時的監測，導致無法及時的修復錯誤。(3)傳統的定期的維修和絕緣預防性質的試驗需要停電后離線進行試驗，這加長了試驗時間，加大的多余的工作，頻繁的停電也會對其他設備造成不可預知的損害。
[0005]目前來看，對聲發射信號進行探測的檢定方法主要有以下幾種:
[0006]第一種:利用壓電陶瓷的壓電效應，對聲發射信號進行檢測，這種原理的監測方法的優點在于它的靈敏度比較高，發展時間比較長，技術比較成熟，同時也易于組網進行多點的監測，可對聲發射源進行定位監測，但由于是電學傳感器，所以他不具備抗電磁干擾的能力，只能安裝于變壓器的外部，所以無法鑒定微弱的聲發射信號，限制了它的應用。
[0007]第二種:使用光學的F-P腔作為傳感器進行測量和使用光纖光柵作為傳感器進行測量，這兩種測量方式雖然是基于光學的傳感器，但是因為其傳感原理導致其系統構成成本比較高，不便于組網、構成多通道、多點測量，不易定位聲發射源。

【發明內容】

[0008]本發明的目的在于解決現有聲發射探測技術的缺陷，提供一種基于外差法的多通道光纖環聲發射探測系統，用于電力變壓器局部放電檢測。并且本發明構成簡單，成本比較低，精度以及靈敏度高，可以放在變壓器內部進行在役實時和連續監測。局部放電檢出率高，靈敏度高，穩定性好，抗電磁干擾能力強，受溫度影響小，檢測精度高，靈活度強。
[0009]本發明采用的一種基于外差法的多通道光纖環聲發射探測系統，包括:分布反饋式窄帶激光器(I)、聲光調制器(2)、第一光纖耦合器組(3)、光纖環傳感器組(4)、參考光纖環傳感器(5)、第二光纖耦合器組(6)、干涉耦合器組(7)、光電轉換組(8)、混頻器組(9)、解調系統(10)。；
[0010]分布反饋式激光器(I)發出的光首先分為相同的兩路，其中一路進入聲光調制器
(2)使得此路的光頻率發生偏移，將偏移后的光送入第一光纖耦合器組(3)將此光路分為相同的N路，然后將輸出送入光纖環傳感器組(4)，使其感受外部信號，光纖環內傳播光的相位；分布反饋式激光器(I)分出的第二路光則進入參考光纖環傳感器(5)，并將輸出進入第二光纖耦合器組(6)分光，也將此路光分為N路，而后將光纖環傳感器組(4)，第二光纖耦合器組￠)的輸出送入干涉耦合器組(7)將兩組光路進行干涉，干涉后的結果送入光電轉換器組(8)進行光電轉換，將轉換后的電信號送入混頻器組(9)進行降頻，最后送入解調系統(10)進行解調。
[0011]進一步的，系統使用的激光器為DFB分布反饋式激光器(I)，這種激光器為窄帶激光器，其帶寬非常小，相干性好，運行穩定；運行時的波長、功率穩定性強，并且DFB式的激光器其輸出激光為部分偏振光，可以通過在光路中外加其他偏振器件比如三環偏振控制器或光纖起偏器等方式改善干涉結果，使得干涉結果更為穩定，受偏振態變化的影響更小。其中心波發射的光波波長為1550nm的偏振光，所述分布反饋式窄帶激光器(I)的分布反饋式激光器(DFB)的中心波發射的光波波長為1550nm的偏振光，帶寬小于200kHz，輸出功率彡100mW，輸出光波長穩定性在+1pm，功率穩定性在+0.0ldB。
[0012]進一步的，本發明所述的聲光調制器不同于市面上大部分的自由空間聲光調制器，本發明所述為光纖耦合式聲光調制器，此器件將接入可使接入光路產生40MHz的頻率偏移，也可選擇80MHz或更高的頻率偏移，因為產生的頻偏越高，則探測系統會對周圍的噪聲、溫度漂移、光路長度差的因素產生較強的過濾能力，但頻率的選擇不能過高，因為后端的解調設備為數字解調設備，過高的頻率無法被設備合理的解調，所以一般選擇40M即可獲得較好的結果，如果有更高的精度要求，則可選擇80M的頻移。
[0013]進一步的，所述光纖環傳感器使用時一般應浸潤于絕緣油中，結構為為將傳播波長為1550nm的單模光纖繞制成規律的環形并緊密排列，形狀類似為空心的圓柱體，光纖所繞層數可根據具體的使用情況而定；光纖環內徑不得小于30_，光纖總長度大于60M，可視使用精度要求延長光纖長度，層與層之間用特定的耦合粘劑進行粘合，要求通過光纖環的光衰減不得大于0.2dBm。倘若使用環境較嚴苛，無法直接將傳感器浸潤于絕緣油中，則需將其封裝于某種對聲信號敏感的介質中，比如有機玻璃等材質中，將光纖環貼于變壓器的外殼而進行信號的探測。
[0014]本發明與現有的聲發射探測技術相比，具有以下的優點:相比較于壓電陶瓷式電學系統，本發明所述系統的光學系統具備很好的抗電磁干擾能力，能夠實現變壓器的實時、在線監測，無需設備停止運行，大大減小了維護成本。相比較于F-P腔作為傳感器構成的傳感器系統，本發明所述系統其成本低廉，構成簡單，具備組網的實用性，可對聲信號進行定位。相比較于使用光纖光柵作為傳感器構成的聲發射探測器，本系統具備多點測量以及定位聲發射源的能力。并且本發明所述的系統由于采用外差法，故而具有更高的信噪比，更低廉的成本，對微弱局部放電信號檢出率更好。而且本發明可以在線，實時的測量變壓器的局部放電，解決了大部分傳統電學傳感器的缺陷。
【附圖說明】
[0015]圖1為本發明結構框圖。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖以及具體實施例進一步說明本發明。
[0017]如圖1所示，本發明包括:分布反饋式窄帶激光器1、聲光調制器2、第一光纖耦合器組3、光纖環傳感器組4、參考光纖環傳感器5、第二光纖耦合器組6、干涉耦合器組7、光電轉換組8、混頻器組9、解調系統10。
[0018]分布反饋式激光器I發出的光首先分為相同的兩路，其中一路進入聲光調制器2使得此路的光頻率發生偏移，將偏移后的光送入第一光纖耦合器組3將此光路分為相同的N路，然后將輸出送入光纖環傳感器組4，使其感受外部信號，光纖環內傳播光的相位；分布反饋式激光器I分出的第二路光則進入參考光纖環傳感