全光纤电荷动能感知装置

本发明属于电荷动能测量，涉及一种全光纤电荷动能感知装置。

背景技术：

1、电晕放电是一种局部的自持放电，容易在高压设备的表面发生，它可以加速绝缘材料的老化，进而影响电力系统的稳定运行。电晕放电会产生大量携带微小动能的电荷，不仅仅引起绝缘材料的化学腐蚀，还会对材料表面产生连续的冲击应力腐蚀，每次冲击都像一颗微型炸弹，爆炸性地释放出动能。

2、为保证高压绝缘设备准确、可靠、有效的运行，有必要检测电晕放电，并测量电荷所携带的动能。现有的测量设备，可以发现电晕放电的位置，但不能精准测量携带动能的电荷对绝缘材料表面产生的冲击应力。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种全光纤电荷动能感知装置，采用该装置可以测量携带微小动能的电荷对绝缘材料表面产生的冲击应力，还能实现电晕放电位置的无源感知。

2、本发明所采用的技术方案是，全光纤电荷动能感知装置，包括通过对接通道连接在一起的动态电荷采集阵列和电晕放电发生器。

3、本发明的特点还在于：

4、动态电荷采集阵列包括阵列支架，对接通道位于阵列支架的中心处，对接通道为圆形结构，对接通道所在区域内均匀分布有五个大小相同的穿梭孔；对接通道所在区域上方设有阵列基座，阵列基座上均匀分布有五个大小相同的阵列定位孔，五个阵列定位孔与五个穿梭孔的位置恰好上下对应，五个阵列定位孔上分别设有五个电荷动能传感器。

5、每个电荷动能传感器包括中空圆柱状耦合固定架，耦合固定架内部采用激光焊接有定位块，定位块的中心处沿竖直方向设有下光学耦合器，下光学耦合器的中心处设有光信号递送通道，耦合固定架的上端端面沿水平方向设有电荷动能感知薄膜，电荷动能感知薄膜的下表面镀有上耦合膜，光信号递送通道穿过穿梭孔连接光学信号采集处理系统。

6、耦合固定架的形状、大小均与阵列定位孔大小相匹配；下光学耦合器的形状、大小均与定位块大小相匹配；下光学耦合器和上耦合膜之间形成光耦合腔。

7、电荷动能感知薄膜为聚酰亚胺薄膜。

8、本发明的有益效果是，本发明的电荷动能传感器可以检测携带微小动能的电荷对绝缘材料表面产生的冲击应力，并将不同位置的冲击应力信号转化为光学信号；本发明的电荷动能感知薄膜具有良好的机械性、高的介电常数、稳定性等，结合光学测量技术，可以瞬时测得电荷动能感知薄膜受电荷冲击产生的pm级形变，从而达到量化冲击应力的目的；本发明提供的一种全光纤电荷动能感知装置具有响应快、精度高、制作简单、可拆卸的优点，能实现电晕放电位置的无源感知，并准确有效地测量电荷对绝缘材料表面产生的冲击应力。

技术特征：

1.全光纤电荷动能感知装置，其特征在于：包括通过对接通道(7)连接在一起的动态电荷采集阵列和电晕放电发生器。

2.根据权利要求1所述的全光纤电荷动能感知装置，其特征在于：所述动态电荷采集阵列包括阵列支架(1)，对接通道(7)位于阵列支架(1)的中心处，对接通道(7)为圆形结构，对接通道(7)所在区域内均匀分布有五个大小相同的穿梭孔(4)；对接通道(7)所在区域上方设有阵列基座(2)，阵列基座(2)上均匀分布有五个大小相同的阵列定位孔(11)，五个阵列定位孔(11)与五个穿梭孔(4)的位置恰好上下对应，五个阵列定位孔(11)上分别设有五个电荷动能传感器。

3.根据权利要求2所述的全光纤电荷动能感知装置，其特征在于：每个所述电荷动能传感器包括中空圆柱状耦合固定架(12)，耦合固定架(13)内部采用激光焊接有定位块(13)，定位块(13)的中心处沿竖直方向设有下光学耦合器(14)，下光学耦合器(14)的中心处设有光信号递送通道(5)，耦合固定架(12)的上端端面沿水平方向设有电荷动能感知薄膜(15)，电荷动能感知薄膜(15)的下表面镀有上耦合膜(16)，光信号递送通道(5)穿过穿梭孔(4)连接光学信号采集处理系统(6)。

4.根据权利要求3所述的全光纤电荷动能感知装置，其特征在于：所述耦合固定架(12)的形状、大小均与阵列定位孔(11)大小相匹配；下光学耦合器(14)的形状、大小均与定位块(13)大小相匹配；下光学耦合器(14)和上耦合膜(16)之间形成光耦合腔。

5.根据权利要求4所述的全光纤电荷动能感知装置，其特征在于：所述电荷动能感知薄膜(15)选用绝缘材质的聚酰亚胺薄膜，可根据不同的放电电压等级可更换不同厚度和杨氏模量的电荷动能感知薄膜。

技术总结
本发明公开了一种全光纤电荷动能感知装置，包括通过对接通道连接在一起的动态电荷采集阵列和电晕放电发生器。本发明提供的全光纤电荷动能感知装置具有响应快、精度高、制作简单、可拆卸的优点，能准确有效地测量携带动能的电荷对绝缘材料表面产生的冲击应力，并实现电晕放电位置的无源感知。

技术研发人员：张嘉伟,汪亮,蔡可庆,侯宝宇,董风举,徐攀腾,高伟,徐征,董跃周,李程,廖强强,张建威,秦司晨,王倩
受保护的技术使用者：西安理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14