自检式光纤弧光传感器的制作方法

本发明涉及一种自检式光纤弧光传感器，属于电力系统弧光保护传感技术领域。

背景技术：

近年来，随着国内电力工业的高速发展，中低压开关柜的应用数量越来越多。开关柜内部电弧光短路是一种频发性、灾难性故障，越来越严重地威胁着电力设备的安全运行。所以，采取有效的弧光保护措施，对提高电力系统的安全性，具有重大意义。

开关柜弧光保护系统在探测出弧光时，可以在极短的时间内切断回路，从而保证电力设备的安全。因此，设计弧光探测传感器实现对弧光保护非常重要。弧光探测传感器通过检测产生弧光时的可见光或紫外光谱，判断弧光的产生。传感器的接收端和探头之间通过光纤连接。但是这种方法存在缺陷：传感器的接收端与传感探头之间相隔几十米，当连接两端的光纤发生断裂时，传感器将会失效。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种带自检功能的光学弧光传感器，该传感器不但可以检测弧光的产生，并且可以监测自身的工作状态，提高弧光保护系统的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种自检式光纤弧光传感器，包括光源、光纤、光探测器和弧光传感探头，其特征是，所述光纤包括第一小直径光纤，大直径光纤和；两个所述第一小直径光纤的一端分别连接所述光源和光探测器，另一端都与大直径光纤的一个端面连接，大直径光纤的另一端面连接所述弧光传感探头。

进一步地，所述弧光传感探头包括平凸透镜、光学膜和传感探头外壳，其中光学膜与平凸透镜的平面相连，传感探头外壳用于实现平凸透镜和光纤的固定。

进一步地，所述大直径光纤的另一端面包括环形反射膜和中心耦合面，其中环形反射膜包围中心耦合面，所述环形反射膜用于实现自检光信号的反射。

进一步地，所述大直径光纤的另一端面连接采用直接连接或者间接连接。

进一步地，所述间接连接：所述大直径光纤的另一端面通过第二小直径光纤连接所述弧光传感探头，所述第二小直径光纤的一个端面位于平凸透镜的焦点。

进一步地，所述直接连接：所述大直径光纤的另一端面的中心耦合面放置于平凸透镜的焦点位置，中心耦合面直接用于接收弧光信号。

进一步地，所述弧光传感探头的传感探头外壳采用胶粘工艺或标准光学接口固定第二小直径光纤。

进一步地，所述光源发出脉冲光信号，光信号经第一小直径光纤送入大直径光纤中，并被大直径光纤另一端的环形反射膜反射，反射的自检光信号经第一小直径光纤被光探测器接收，光探测器用于通过接收到的自检光信号判断传感器是否工作正常。

本发明所达到的有益效果：

（1）所述的自检式光纤弧光探测传感器可有效检测开关柜内产生的电弧短路故障，保证电力设备的安全运行；（2）本发明的光传感器的探头完全无源，适合电力系统相关行业使用；（3）除了探测弧光信号外，可以实现对传感器的实时检测，从而提高了弧光保护系统的可靠性；（4）该传感器具有结构简单，成本低廉的特点。

附图说明

图1是第一种弧光传感器结构示意图；

图2是第二种弧光传感器结构示意图；

图3是图1 和图2中大直径塑料与第二小直径光纤9和环形反射膜5连接的截面示意图；

图4是图1 和图2中大直径塑料与两根第一小直径光纤3连接的截面示意图。

图中的1是光源，2是光探测器，3是第一小直径光纤，4是大直径光纤，5是环形反射膜，6是传感探头外壳，7是光学膜，8是平凸透镜，9是第二小直径光纤，10是中心耦合面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1中的光纤弧光传感器包括：光源1、光探测器2、第一小直径光纤3、大直径光纤4、环形反射膜5、传感探头外壳6、光学膜7、平凸透镜8和第二小直径光纤9。第一小直径光纤3分别将光源1/光探测器2与大直径光纤4连接。连接点截面如图4所示，其中大直径光纤4的直径是第一小直径光纤3的两倍。如图3所示，大直径光纤4的另一个端面与第二小直径光纤9中心对准连接，大直径光纤4该端面剩余的环形面敷设环形反射膜5，实现反射功能。光学膜7涂覆在平凸透镜8的端面，第二小直径光纤9的端面置于平凸透镜8的焦点位置。其中光学膜7可以镀荧光粉或扩散膜，分别用于实现弧光中紫外分量和可见分量光信号的探测。传感探头外壳6采用标准ST连接头固定第二小直径光纤9。

作为一种较佳的实施例，光纤采用塑料光纤。

作为一种较佳的实施例，光源1采用650 nm红光LED。

作为一种较佳的实施例，光探测器2采用硅基光探测器。

作为一种较佳的实施例，第一小直径光纤3和第二小直径光纤9采用直径为1mm的塑料光纤。

作为一种较佳的实施例，大直径光纤4采用直径为2mm的塑料光纤。

作为一种较佳的实施例，环形反射膜5采用镀铝膜。

本实发明的工作原理：

当电力器件或线路短路产生弧光时，弧光中的紫外光波段和可见光波段被平凸透镜8接收，平凸透镜8端面的荧光粉7将紫外波段信号转为可见光波段信号。可见光波段信号耦合进第二小直径光纤9后，依次通过大直径光纤4和第一小直径光纤3，最后被光探测器2接收。

光源1发出自检脉冲光信号，自检光信号经第一小直径光纤3后送入大直径光纤4，信号被大直径光纤4的另一个端面的环形反射镜5反射，发射光再次经大直径光纤4后，经由小直径光纤3送入光探测器2中。

图2所示的光纤弧光传感器与图1中的弧光传感器的区别在于，该光纤弧光传感器没有采用第二小直径光纤9，大直径光纤4的中心耦合面10放置于平凸透镜8的焦点位置，中心耦合面10直接用于接收弧光信号。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。