本實(shí)用新型涉及一種電氣設(shè)備局放源定位裝置，屬電氣設(shè)備檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

很多電氣設(shè)備采用油作為絕緣介質(zhì)，這樣的優(yōu)點(diǎn)是可以提高電氣設(shè)備的絕緣強(qiáng)度，對(duì)大電流流過的電氣設(shè)備起到散熱冷卻的作用，在設(shè)備內(nèi)部產(chǎn)生電弧時(shí)可以滅弧。然而在電氣設(shè)備長時(shí)間的運(yùn)行過程中由于絕緣老化、過電壓或者電氣設(shè)備絕緣層結(jié)構(gòu)不均勻等問題，容易導(dǎo)致局部絕緣性能下降，這些絕緣弱化的部位會(huì)率先發(fā)生各種類型的放電，從而導(dǎo)致絕緣的進(jìn)一步受損，使電氣設(shè)備內(nèi)部發(fā)生各種短路故障。如果能在電氣設(shè)備發(fā)生局部放電的初期及早發(fā)現(xiàn)問題，便可以對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的維護(hù)，從而避免更大事故的發(fā)生。

目前對(duì)于電氣設(shè)備局部放電檢測(cè)已有大量的基礎(chǔ)研究和應(yīng)用開發(fā)工作。當(dāng)前進(jìn)行局部放電檢測(cè)的方法主要有光定位法、電氣定位法、特高頻電磁波定位法、X射線激勵(lì)定位法以及超聲波定位法等。其中超聲波定位法是根據(jù)局部放電產(chǎn)生的超聲波傳播的方向和時(shí)間來確定放電源的空間位置，由于其原理簡(jiǎn)單、抗電磁干擾能力強(qiáng)、成本低、能實(shí)現(xiàn)直接幾何定位，因此應(yīng)用較為廣泛。

已有的方法一般是采用標(biāo)量傳感器組成一定的陣型，利用超聲波到達(dá)陣列中的每個(gè)陣元的相位差再結(jié)合一定的定位手段實(shí)現(xiàn)局放源的定位。這種方法能在一定程度上獲得較理想的結(jié)果，但是由于現(xiàn)場(chǎng)有較大的各向同性噪聲，信噪比較低，所以常常會(huì)發(fā)生定位失敗的問題。

近年來一些學(xué)者已經(jīng)提出了使用矢量傳感器對(duì)電氣設(shè)備內(nèi)部局放源進(jìn)行定位的思路，矢量傳感器輸出本身已蘊(yùn)含了空間目標(biāo)的方向信息，矢量傳感器分為同振式和壓差式兩種，已有的用于電氣設(shè)備局放檢測(cè)的矢量傳感器都是基于壓電陶瓷的壓電效應(yīng)來測(cè)量超聲波信號(hào)，壓電陶瓷傳感器的主要缺點(diǎn)是靈敏度較低、存在電磁干擾問題等。這使得矢量傳感器的潛在優(yōu)勢(shì)性能得不到充分發(fā)揮。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是，為了克服現(xiàn)有技術(shù)中缺陷，本實(shí)用新型提供一種具有高靈敏度、大動(dòng)態(tài)范圍、抗電磁干擾、可靠性更高、能夠?qū)﹄姎庠O(shè)備局放位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位的一種電氣設(shè)備局放源定位裝置，并提供裝置的制備方法。

實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的技術(shù)方案，本實(shí)用新型電氣設(shè)備局放源定位裝置即為光纖壓差式超聲矢量傳感器，光纖壓差式超聲矢量傳感器包括聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊、光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊和信號(hào)處理模塊。

聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊，用于感知局放源處發(fā)射的超聲波信號(hào)。

光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊，用于將聲波振動(dòng)模塊的信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的相位差，然后再將光信號(hào)的相位差信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。

信號(hào)處理模塊，用于提取聲波信號(hào)。

所述聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊的輸出端連接光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊輸入端，光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊輸出端再連接信號(hào)處理模塊。

所述聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊包括陶瓷外殼、彈性柱體和振動(dòng)膜片；所述陶瓷外殼為六個(gè)空心柱體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，六個(gè)空心柱體為六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元；空心柱體內(nèi)部放有彈性柱體；圓柱形聲壓傳感基元端部設(shè)置有固定彈性膜片，圓柱形聲壓傳感基元端部側(cè)邊設(shè)有光纖小孔。

所述六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元分為三組，每組兩個(gè)位于一條直線上，三組圓柱形聲壓傳感基元的軸對(duì)稱線空間上兩兩垂直。

所述圓柱形聲壓傳感基元半徑為0.9mm，高度為1mm，每組兩個(gè)聲壓傳感基元的中心距離為2.8mm。

所述光纖小孔為直徑等于光纖直徑的圓形孔或邊長等于光纖直徑長度的方形孔。

所述彈性膜片為半徑0.9mm的圓形超薄不銹鋼薄片。

所述彈性柱體為半徑0.8mm，高度為1mm的圓柱體，側(cè)面刻有半圓形螺紋。

所述彈性柱體上所纏光纖為單模保偏彎曲不敏感光纖。

所述光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊包括激光二極管，光隔離器，光耦合器，保偏光纖，光電探頭；所述保偏光纖纏繞在所述彈性柱體上，保偏光纖末端鍍有高反射率的鋁膜；所述激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)過光隔離器輸入到光耦合器；光耦合器連接保偏光纖，從保偏光纖反射的干涉光進(jìn)入光電探頭；所述激光二極管連接信號(hào)處理模塊的波形發(fā)生器。

所述激光二極管用于產(chǎn)生窄頻帶的激光；所述光隔離器可以防止光纖中反射光對(duì)激光光源的干擾；所述光耦合器用于將光源分束，反射光經(jīng)過并發(fā)生干涉；所述保偏光纖可以防止偏振衰落導(dǎo)致的干涉光減弱；光電探頭將干涉光相位變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

信號(hào)處理模塊包括波形發(fā)生器，倍頻器，混頻器，低通濾波器，微分器，乘法器，差分器，積分器和高通濾波器；波形發(fā)生器依交連接倍頻器和混頻器，混頻器分別將一倍頻和二倍頻的信號(hào)輸出依次通過低通濾波器、微分器和乘法器，將一倍頻和二倍頻的信號(hào)輸出至差分器，由差分器通過積分器和高通濾波器，輸出聲波信號(hào)；光電探頭將干涉光相位變化轉(zhuǎn)換電信號(hào)的一倍頻和二倍頻信號(hào)分別依次通過混頻器、低通濾波器、微分器和乘法器，到差分器，再由差分器通過積分器和高通濾波器輸出聲波信號(hào)。

本實(shí)用新型一種電氣設(shè)備局放源定位裝置的制備方法，具體包括以下步驟：

（1）制造六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元的基本模型，使用陶瓷作為材料，每個(gè)圓柱形聲壓傳感基元圓柱內(nèi)半徑為0.9mm，高度為1mm，每組的兩個(gè)圓柱形聲壓傳感基元中心間距為2.8mm；

（2）在圓柱形聲壓傳感基元的端部開小孔，尺寸為光纖的直徑大?。?/p>

（3）把硅橡膠材料做成半徑0.8mm，高度為1mm的圓形彈性柱體，在硅橡膠表面刻半圓形螺紋，半圓形螺紋直徑為光纖的直徑；

（4）將光纖繞在彈性柱體上，光纖一端鍍高反射率鋁膜；

（5）把彈性柱體放入圓柱形聲壓傳感基元中，并粘在底部；

（6）光纖另一端從圓柱形聲壓傳感基元的小孔中穿出，用彈性膜片把圓柱形聲壓傳感基元的端部蓋住，彈性膜片與彈性柱體和圓柱形聲壓傳感基元的邊緣粘接；

（7）將光纖與光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊及信號(hào)處理模塊連接。

本實(shí)用新型的有益效果是，本實(shí)用新型采用的壓差式結(jié)構(gòu)，從原理上抵消了電氣設(shè)備內(nèi)部的各向同性噪聲，提高了信噪比。與傳統(tǒng)的聲壓傳感器相比，由于單個(gè)壓差式光纖矢量傳感器已經(jīng)具有測(cè)向能力，即使不組成陣列，也可以實(shí)現(xiàn)精確的測(cè)向，可以避免組陣造成的距離誤差和復(fù)雜的調(diào)試校正過程；與傳統(tǒng)的采用壓電陶瓷傳感器的矢量傳感器相比，由于傳感器采用的是光信號(hào)測(cè)量，在電氣設(shè)備內(nèi)復(fù)雜的電磁場(chǎng)環(huán)境下基本不受電磁干擾，大大提高了傳感器工作的可靠性。本實(shí)用新型由于采用了光纖干涉技術(shù)，對(duì)于能量較弱的超聲波信號(hào)也能做出響應(yīng)，具有靈敏度高，大動(dòng)態(tài)范圍，抗電磁干擾、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型圓柱形聲壓傳感基元結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型所述彈性柱體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型光纖連接結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型信號(hào)處理模塊結(jié)構(gòu)框圖；

圖中，1為圓柱形聲壓傳感基元；2為光纖小孔；3為彈性膜片；4為彈性柱體；5為保偏光纖；6為高反射率鋁膜；7為激光二極管；8為光隔離器；9為光耦合器；10為光電探頭；11為波形發(fā)生器。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本實(shí)用新型實(shí)施例一種電氣設(shè)備局放源定位裝置，即為光纖壓差式超聲矢量傳感器，光纖壓差式超聲矢量傳感器包括傳感器聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊以及光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量模塊。

本實(shí)施例的傳感器聲波振動(dòng)感應(yīng)模塊包括陶瓷外殼，彈性柱體以及振動(dòng)膜片。陶瓷外殼為六個(gè)空心柱體構(gòu)成的結(jié)構(gòu)，六個(gè)空心柱體為六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元1；空心柱體內(nèi)部放有彈性柱體4；圓柱形聲壓傳感基元端部設(shè)置有固定彈性膜片3，圓柱形聲壓傳感基元端部側(cè)邊設(shè)有光纖小孔2。如圖1和圖2所示。

本實(shí)施例光學(xué)系統(tǒng)包括激光二極管7，光隔離器8，光耦合器9，保偏光纖5，光電探頭10。保偏光纖纏繞在所述彈性柱體上，保偏光纖末端鍍有高反射率的鋁膜；所述激光二極管發(fā)出的激光經(jīng)過光隔離器輸入到光耦合器；光耦合器連接保偏光纖，從保偏光纖反射的干涉光進(jìn)入光電探頭；所述激光二極管連接信號(hào)處理模塊的波形發(fā)生器。如圖3和圖4所示。

本實(shí)施例所述激光二極管7用于產(chǎn)生窄頻帶的激光；所述光隔離器8可以防止光纖中反射光對(duì)激光光源的干擾；所述光耦合器9用于將光源分束，反射光經(jīng)過并發(fā)生干涉；所述保偏光纖5可以防止偏振衰落導(dǎo)致的干涉光減弱；光電探頭將干涉光相位變化轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。

光纖壓差式超聲矢量傳感器包括六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元1，圓柱形聲壓傳感基元端部設(shè)有光纖小孔2；圓柱形聲壓傳感基元端部固定彈性膜片3；圓柱形聲壓傳感基元內(nèi)部為同軸空心圓柱體，內(nèi)部有固定在底面的彈性柱體4；彈性柱體上纏有光纖5；光纖末端鍍有高反射率的鋁膜6；所述激光二極管7發(fā)出的激光經(jīng)過光隔離器8輸入到光耦合器9；反射的干涉光進(jìn)入光電探頭10。

本實(shí)施例中，六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元分為三組，每組兩個(gè)位于一條直線上，三組圓柱形聲壓傳感基元的軸對(duì)稱線空間上兩兩垂直，圓柱形聲壓傳感基元半徑為0.9mm，高度為1mm，每組兩個(gè)圓柱形聲壓傳感基元的中心距離為2.8mm，采用陶瓷材料鑄造，六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元做成一個(gè)整體。

本實(shí)施例中，光纖小孔為邊長為光纖的直徑長度的方形孔。

本實(shí)施例中，彈性膜片采用半徑0.9mm的圓形超薄不銹鋼薄片。

本實(shí)施例中，彈性柱體為半徑0.8mm，高度為1mm的圓柱體，圓柱側(cè)面刻有半圓形螺紋，半圓形螺紋和螺紋間距均為光纖的直徑。

本實(shí)施例中，彈性柱體上所纏光纖為單模保偏彎曲不敏感光纖。

本實(shí)施例電氣設(shè)備局放源定位裝置在制備時(shí)按如下步驟進(jìn)行：

第一步：制造六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元的基本模型，每個(gè)圓柱形聲壓傳感基元圓柱內(nèi)半徑為0.9mm，高度為1mm，每組的兩個(gè)圓柱形聲壓傳感基元中心間距為2.8mm，可以將六個(gè)圓柱形聲壓傳感基元進(jìn)行整體制作；

第二步：在圓柱形聲壓傳感基元的端部開小孔，方形孔邊長為光纖的直徑大?。?/p>

第三步：把硅橡膠材料做成半徑0.8mm，高度為1mm的圓柱體，在硅橡膠表面刻半圓形螺紋，半圓形螺紋直徑為光纖的直徑；

第四步：將光纖繞在圓柱體上，光纖一端鍍高反射率鋁膜；

第五步：把彈性柱體放入圓柱形聲壓傳感基元中，并粘在底部；

第六步：光纖另一端從圓柱形聲壓傳感基元的小孔中穿出，用彈性膜片把圓柱形聲壓傳感基元的端部蓋住，彈性膜片與彈性柱體和圓柱形聲壓傳感基元的邊緣粘接；

第七步：將光纖與激光二極管、光隔離器、光耦合器、按照光路結(jié)構(gòu)圖5所示框圖連接。