發(fā)布時(shí)間：2022-02-21 20:32

　　為解決非本征光纖法布里-珀羅（Extrinsic Fiber Fabry-Perot Interferometor,EFPI）在電力變壓器內(nèi)體絕緣安裝困難且易損壞的問(wèn)題,設(shè)計(jì)了高靈敏度的EFPI傳感器,提出采用油腔結(jié)構(gòu)的變壓器油箱壁外置式安裝方法。在闡述EFPI傳感和液氣介質(zhì)下膜片振動(dòng)原理的基礎(chǔ)上,分析了傳感器檢測(cè)靈敏度與其法-珀腔膜片尺寸的關(guān)系,設(shè)計(jì)EFPI傳感器法-珀腔膜片尺寸并制備傳感器。然后,設(shè)計(jì)外置油腔耦合結(jié)構(gòu),采用壓電陶瓷（Piezoelectric,PZT）聲發(fā)射傳感器構(gòu)建EFPI傳感器性能測(cè)試系統(tǒng),測(cè)得EFPI傳感器的幅頻特性和檢測(cè)靈敏度。最后,使用板-板電極和變壓器實(shí)體模型搭建局放檢測(cè)系統(tǒng),外置EFPI傳感器與PZT傳感器同時(shí)探測(cè)電極局放信號(hào)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:EFPI傳感器的一階固有諧振頻率為113 kHz,靜壓靈敏度為7.5 nm/kPa,外置油腔耦合結(jié)構(gòu)EFPI傳感器局放超聲信號(hào)的檢測(cè)靈敏度高于傳統(tǒng)的PZT傳感器。外置結(jié)構(gòu)可有效保護(hù)傳感器膜片,降低安裝難度,且避免了EFPI傳感器置于變壓器絕緣高場(chǎng)強(qiáng)度區(qū)域帶來(lái)的安全隱患。 

【文章來(lái)源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(07)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

仿真計(jì)算結(jié)果

EFPI傳感器的法-珀腔由光纖尾纖端面與石英膜片平行放置組成,石英膜片的有效振動(dòng)約束半徑依靠石英套管內(nèi)徑確定,其結(jié)構(gòu)如圖1所示[9]。由光源發(fā)出的光經(jīng)光纖傳輸進(jìn)入法-珀腔,在腔體內(nèi)不斷進(jìn)行反射和折射,最終在腔的兩側(cè)發(fā)生干涉現(xiàn)象,形成相位差恒定、波長(zhǎng)相同的相干光信號(hào)并由光纖輸出[10-11]。根據(jù)多光束干涉理論,法-珀腔的反射光輸出光強(qiáng)為[12]:

目前,用于局放超聲信號(hào)檢測(cè)的傳感器響應(yīng)頻帶一般在100～200 kHz之間,根據(jù)上述理論分析可知,石英膜片越薄且約束半徑越大則其靜壓靈敏度越高,同時(shí)其一階固有諧振頻率也會(huì)相應(yīng)降低。受限于實(shí)際加工技術(shù),本文所用石英膜片厚度為30 μm,有效約束半徑為0.55 mm。利用COMSOL有限元軟件,計(jì)算獲得膜片振動(dòng)位移分布云圖及幅頻特性曲線(xiàn),結(jié)果如圖2所示。該結(jié)構(gòu)尺寸下膜片的一階固有諧振頻率為113 kHz,靜壓靈敏度為7.5 nm/kPa。圖2 仿真計(jì)算結(jié)果

【參考文獻(xiàn)】：
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博士論文
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本文編號(hào)：3637995