一种基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪，其特征是检测仪包括宽带激光器、串联在一条光纤上的六个光纤光栅、光纤光栅解调模块、A/D采样与处理器模块；串联在一条光纤上的六个光纤光栅沿盆式绝缘子的外周粘贴一圈，光纤一端接入宽带激光器，另一端连接接光纤光栅解调模块，光纤光栅解调模块的输出信号接入A/D采样与处理器模块，A/D采样与处理器模块利用A/D采样器获得采样数据，并利用处理器对采样数据进行信号判断；通过对六个光纤光栅中心波长的改变进行检测实现对裂纹的探测。
【专利说明】
一种基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪
技术领域
[0001]本实用新型涉及盆式绝缘子裂纹检测技术领域，更具体地说是一种盆式绝缘子裂纹在线检测装置。
【背景技术】
[0002]对于盆式绝缘子的裂纹检测，尤其是对于小裂纹的检测是非常困难的，目前主要有超声和超尚频检测方法。
[0003]超声检测是通过超声回波信号探测裂纹是否存在，这种检测方法有一定局限性，盆式绝缘子的直径比较大，超声在绝缘子内部衰减很快，超声很难透射整个绝缘子，因此检测不全面。
[0004]超高频是通过对局部放电的检测来间接检测盆式绝缘子的裂纹的，当盆式绝缘子存在裂纹时候，高压电会在裂纹位置产生电火花，即产生局部放电现象，局部放电会产生高频信号，通过捕捉该高频信号即可检测出盆式绝缘子的裂纹。该方法也存在一定局限性，在实际运行环境下，随着绝缘劣化，会有多种放电形式同时存在的情况，需要探索如何分离所测试到的不同信号。外置传感器放在现场盆式绝缘子设备外部进行测试时，如果没有良好的屏蔽效果，接收到的信号会受到外界电磁干扰的影响，而且不易进行长期固定监测。盆式绝缘子内部的许多放电不是长时间存在的，在出现放电的同时会造成断路器的对地放电，局部放电信号的捕捉非常困难。以往大量的研究表明，目前的检测仍无法确定设备内部故障的视在放电量，但是对于检测设备的局部放电而言，视在放电量的大小几乎是不可缺少的标准，也是确定设备绝缘状况严重程度的标准。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可以在线检测盆式绝缘子的微小裂纹的基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪。
[0006]本实用新型为解决技术问题采用如下技术方案:
[0007]本实用新型基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪的结构特点是所述检测仪包括宽带激光器、串联在一条光纤上的六个光纤光栅、光纤光栅解调模块、A/D采样与处理器模块;所述串联在一条光纤上的六个光纤光栅沿盆式绝缘子的外周粘贴一圈，所述光纤一端接入宽带激光器，另一端连接接光纤光栅解调模块，所述光纤光栅解调模块的输出信号接入A/D采样与处理器模块，所述A/D采样与处理器模块利用A/D采样器获得经数据转换的采样数据，并利用处理器对所述采样数据进行信号判断；
[0008]当盆式绝缘子由于工艺、压力、局部放电的原因导致其产生裂纹时，开裂瞬间产生的应力波传播到盆式绝缘子的外径表面，并影响光纤光栅的折射率和周期，由此改变光纤光栅的中心波长;通过对六个光纤光栅中心波长的改变进行检测实现对裂纹的探测。
[0009]本实用新型基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪的结构特点也在于:设置所述六个光纤光栅分处在所述盆式绝缘子外周不同的位置上，根据各光纤光栅检测到的时间和信号强度判断裂纹的位置以及强度。
[0010]本实用新型基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪的结构特点也在于:设置所述六个光纤光栅相互具有不同的中心波长，六个光纤光栅在盆式绝缘子的外周等间距分布，采用波分复用原理对各光纤光栅分别信号解调，根据不同光纤光栅的波长偏移量确定裂纹所在区域。
[0011]本实用新型基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪的结构特点也在于:利用处理器对所述采样数据进行信号判断，计算获得光纤光栅的中心波长的偏移量，以及中心波长的偏移时间，根据偏移量以及偏移时间确定裂纹的产生位置、时间和裂纹的开裂程度。
[0012]与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在:
[0013]当盆式绝缘子由于应变力、温度、压力、局部放电的原因导致其产生裂纹时，开裂瞬间产生的应力波会传播到盆式绝缘子的外径表面，从而影响了光纤光栅的折射率和周期，进而改变了光纤光栅的中心波长，本实用新型通过对六个光纤光栅中心波长改变的检测，来探测裂纹的产生，并且可以根据不同光纤光栅的检测到的时间和强度来判断裂纹的位置以及强度。可用于在线检测盆式绝缘子的微小裂纹，其结构简单、检测方法简单可靠
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的系统框图；
[0015]图2为盆式绝缘子裂纹产生时的应力波示意图；
[0016]图3为本实用新型中A/D采样与处理器模块原理框图；
[0017]图4为本实用新型中所应用的裂纹检测算法流程图；
【具体实施方式】
[0018]参见图1和图2，本实施例中基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪包括宽带激光器、串联在一条光纤上的六个光纤光栅、光纤光栅解调模块、A/D采样与处理器模块；串联在一条光纤上的六个光纤光栅沿盆式绝缘子的外周粘贴一圈，光纤一端接入宽带激光器，另一端连接接光纤光栅解调模块，光纤光栅解调模块的输出信号接入A/D采样与处理器模块，A/D采样与处理器模块利用A/D采样器获得经数据转换的采样数据，并利用处理器对采样数据进行信号判断；
[0019]当盆式绝缘子由于工艺、压力、局部放电的原因导致其产生裂纹时，开裂瞬间产生的应力波传播到盆式绝缘子的外径表面，并影响光纤光栅的折射率和周期，由此改变光纤光栅的中心波长;通过对六个光纤光栅中心波长的改变进行检测实现对裂纹的探测。
[0020]具体实施中，设置六个光纤光栅分处在盆式绝缘子外周不同的位置上，根据各光纤光栅检测到的时间和信号强度判断裂纹的位置以及强度。设置六个光纤光栅相互具有不同的中心波长，六个光纤光栅在盆式绝缘子的外周等间距分布，采用波分复用原理对各光纤光栅分别信号解调，根据不同光纤光栅的波长偏移量确定裂纹所在区域。
[0021]利用处理器对采样数据进行信号判断，计算获得光纤光栅的中心波长的偏移量，以及中心波长的偏移时间，根据偏移量以及偏移时间确定裂纹的产生位置、时间和裂纹的开裂程度。
[0022]检测原理:图1和图2中所示的六个光纤光栅依次是第一光纤光栅1、第二光纤光栅2、第三光纤光栅3、第四光纤光栅4、第五光纤光栅5和第六光纤光栅6;六光纤光栅各自具不同的中心波长，宽带激光器发出的光经过光纤光栅时候六个中心波长的光信号被发射，经过光纤光栅解调模块、A/D采样与信号处理器模块可以得到六个中心波长数值。当盆式绝缘子7有裂纹产生时候，裂纹发出应力波会传输到光纤光栅，如图2所示，受到应力波影响，光纤光栅中心波长会产生改变，根据这个改变可以基本确定裂纹强度和裂纹位置。裂纹强度越大，中心波长改变越大;离裂纹最近的一个光纤光栅，光纤光栅中心波长改变最大，据此可以大致推断裂纹位置。
[0023]参见图3，A/D采样与信号处理器模块是利用电荷放大器对光纤光栅解调模块输出的模拟信号进行放大，通过第一滤波器滤除噪声信号，再利用程控放大器进行放大，程控放大器的放大倍数可以通过按键进行外部配置，根据模拟信号的幅值设定放大倍数，使A/D采样器可以进行满量程采样;放大信号在第二滤波器中得到再一次滤波获得A/D采样信号，单片机STM32作为信号处理器，利用信号处理器对采集的数据进行计算和处理，处理结果在IXD显示器中进行显示。
[0024]参见图4，裂纹检测算法的流程如下:首先进行A/D采样，采样数据与预设的阈值进行比较，假如采样数据小于预设的阈值，判断为采样数据为外界扰动信号，并不是盆式绝缘子裂纹信号，若采样数据大于预设的阈值，则根据实验的经验数值判断裂纹强度，比较六个光纤光栅的中心波长的偏移值的大小，偏移值最大的光栅离裂纹最近，偏移值最小光纤光栅离裂纹最远，根据计算结果在LCD屏画出盆式绝缘子裂纹的大致位置，并根据裂纹强度确定是否告警。
【主权项】
1.一种基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪，其特征是所述检测仪包括宽带激光器、串联在一条光纤上的六个光纤光栅、光纤光栅解调模块、A/D采样与处理器模块;所述串联在一条光纤上的六个光纤光栅沿盆式绝缘子的外周粘贴一圈，所述光纤一端接入宽带激光器，另一端连接光纤光栅解调模块，所述光纤光栅解调模块的输出信号接入A/D采样与处理器模块，所述A/D采样与处理器模块利用A/D采样器获得采样数据，并利用处理器对所述采样数据进行信号判断； 当盆式绝缘子由于工艺、压力、局部放电的原因导致其产生裂纹时，开裂瞬间产生的应力波传播到盆式绝缘子的外径表面，并影响光纤光栅的折射率和周期，由此改变光纤光栅的中心波长;通过对六个光纤光栅中心波长的改变进行检测实现对裂纹的探测。2.根据权利要求1所述的基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪，其特征是:设置所述六个光纤光栅分处在所述盆式绝缘子外周不同的位置上，根据各光纤光栅检测到的时间和信号强度判断裂纹的位置以及强度。3.根据权利要求2所述的基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪，其特征是:设置所述六个光纤光栅相互具有不同的中心波长，六个光纤光栅在盆式绝缘子的外周等间距分布，采用波分复用原理对各光纤光栅分别信号解调，根据不同光纤光栅的波长偏移量确定裂纹所在区域。4.根据权利要求3所述的基于光纤光栅的盆式绝缘子裂纹检测仪，其特征是:利用处理器对所述采样数据进行信号判断，计算获得光纤光栅的中心波长的偏移量，以及中心波长的偏移时间，根据偏移量以及偏移时间确定裂纹的产生位置、时间和裂纹的开裂程度。
【文档编号】G01N21/88GK205562415SQ201620302933
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】朱太云, 叶剑涛, 杨道文, 程登峰, 王刘芳, 李伟, 陈忠, 秦少瑞
【申请人】国家电网公司, 国网安徽省电力公司电力科学研究院