具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)中設(shè)備設(shè)施故障電弧光檢測的檢測裝置及其檢測方法，特別涉及具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中往往由于電極、觸點或傳輸線故障而發(fā)出刺眼的電弧光，該電弧光具有極強(qiáng)的光能及熱能，并且對電力設(shè)備及操作人員均有巨大的危害，要及時的加以控制，防止電弧光對設(shè)備及人員的傷害?，F(xiàn)有業(yè)內(nèi)人員采取的檢測故障時產(chǎn)生大電流的方法往往會誤將正常的大電流當(dāng)作故障電流處理，使得很多能夠產(chǎn)生大電流的設(shè)備無法使用，此外，檢測電流的方法使用的電流互感器不僅昂貴，而且還受到安裝位置及動作時間的限制，不利于對故障電弧光的保護(hù)。
[0003]近年來，在對電弧光檢測的方法中，現(xiàn)有基于檢測電弧光中可見光的方法(如歐美的ABB、VAMP及澳大利亞的瑞勝等)存在著一個致命的缺點，就是無法排除自然光、日光燈及手電筒等雜散光的干擾，采用此方法檢測電弧光的探頭很容易誤將雜散光作為電弧光進(jìn)行檢測，因而無法保證所檢測到的光是電力系統(tǒng)故障時發(fā)出的電弧光。
[0004]然而，電弧光發(fā)生時所產(chǎn)生的熱量也是非常大的，在檢測弧光和電流的同時，需要實時關(guān)注像開關(guān)柜等設(shè)備內(nèi)部的溫度狀態(tài)。這些設(shè)備在正常運(yùn)行時溫度都是比較低，在故障短路等情況下溫度會有迅速的變化，關(guān)注其溫度也是至關(guān)重要的。
[0005]采用可靠的方法檢測電力系統(tǒng)故障時的電弧光并同時檢測溫度是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)業(yè)的必然趨勢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明的目的在于提供具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測量方法，該裝置具有通過單一探頭、單一光纖跳線、單一光電轉(zhuǎn)換模塊同時完成弧光與溫度的探測功能，能夠克服現(xiàn)有技術(shù)抗干擾光力度不足及不能同時完成弧光與溫度同時探測的缺點。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0008]本發(fā)明具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置包括光學(xué)探頭、光纖跳線、光電轉(zhuǎn)換單元，所述光學(xué)探頭通過所述光纖跳線與所述光電轉(zhuǎn)換單元連接，所述光學(xué)探頭包括出口光纖，所述出口光纖的前端設(shè)置有稀土參雜的具有溫度特性的熒光材料，所述出口光纖的末端與所述光纖跳線連接，所述出口光纖的外表面還設(shè)置有紫外帶通光學(xué)窗口。
[0009]優(yōu)選的，所述熒光材料為稀土摻雜的具有溫度特性的熒光物質(zhì)。
[0010]優(yōu)選的，所述光學(xué)窗口為紫外帶通光學(xué)窗口。
[0011 ] 優(yōu)選的，所述出口光纖為熔融石英材質(zhì)。
[0012]進(jìn)一步的，所述光電轉(zhuǎn)換單元包括光學(xué)耦合系統(tǒng)、分束器、光接收器、溫度信號激發(fā)光源、光電轉(zhuǎn)換電路、溫度信號激發(fā)光源驅(qū)動電路、同步電路和信號處理和輸出電路；所述光纖跳線通過所述光學(xué)耦合系統(tǒng)與所述分束器的輸入端連接，所述分束器的兩個輸出端分別與光接收器和溫度信號激發(fā)光源連接，所述光接收器與所述光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述溫度信號激發(fā)光源依次通過所述溫度信號激發(fā)光源驅(qū)動電路和所述同步電路與所述光電轉(zhuǎn)換電路連接，所述光電轉(zhuǎn)換電路與所述信號處理和輸出電路連接。
[0013]進(jìn)一步的，所述信號處理和輸出電路包括弧光信號處理電路和溫度信號采樣電路。
[0014]本發(fā)明同時提供一種利用本發(fā)明具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置的測量方法，包括弧光探測方法和溫度測量方法。
[0015]進(jìn)一步的，所述弧光探測方法包括以下步驟:
[0016]I)當(dāng)弧光出現(xiàn)時，光學(xué)探頭的光學(xué)窗口將弧光中波長大于400nm的光過濾，使所述弧光中波長小于400nm的紫外光透過光學(xué)窗口照射到熒光材料上，熒光材料受到紫外光照射后激發(fā)出與所述弧光對應(yīng)的具有特殊頻率、波形與強(qiáng)度的第一熒光信號。
[0017]2)步驟I)中的第一熒光信號依次通過出口光纖、光纖跳線、光學(xué)耦合系統(tǒng)和分束器傳輸至光接收器，光接收器配合光電轉(zhuǎn)換電路中的弧光信號處理電路將第一熒光信號轉(zhuǎn)換成布爾型的弧光電信號。
[0018]進(jìn)一步的，所述溫度測量方法包括以下步驟:
[0019]I)光電轉(zhuǎn)換單元中的溫度信號激發(fā)光源驅(qū)動電路控制溫度激發(fā)光源以極短的時間間隔發(fā)送激發(fā)脈沖光，所述激發(fā)脈沖光依次通過分束器、光學(xué)耦合系統(tǒng)、光纖跳線和出口光纖傳輸至熒光材料，熒光材料受到激發(fā)脈沖光的激發(fā)發(fā)出頻率、波形與強(qiáng)度不同于第一熒光信號的第二熒光信號。
[0020]2)步驟I)中的第二熒光信號依次通過出口光纖、光纖跳線、光學(xué)耦合系統(tǒng)和分束器傳輸至光接收器，光接收器配合光電轉(zhuǎn)換電路中的溫度信號采樣電路將第二熒光信號的時間衰減參數(shù)轉(zhuǎn)換為溫度值。
[0021]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是:
[0022]本發(fā)明具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置及其測量方法，I)在光學(xué)探頭上設(shè)置有紫外帶通光學(xué)窗口，該窗口可濾除外界可見光對傳感系統(tǒng)的干擾；2)在光學(xué)探頭中置有稀土參雜的具有溫度特性的熒光物質(zhì)作為感光材料，該熒光物質(zhì)受溫度信號激發(fā)光源激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號與受弧光激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號的頻率、波形及強(qiáng)度不同，可同時完成弧光與溫度的探測，利用該熒光物質(zhì)的稀土元素受激發(fā)產(chǎn)生的熒光信號的時間衰減作為探測溫度的參數(shù)，利用其紫外光激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光信號作為弧光探測的參數(shù)；3)在光學(xué)探頭中使用熔融石英光纖作為出口光纖，可以減小弧光與溫度信號傳輸過程中的衰減。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明光纖電弧光傳感裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為本發(fā)明光纖電弧光傳感裝置中光電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖中:1、光學(xué)探頭，2、光纖跳線，3、光電轉(zhuǎn)換單兀，4、光學(xué)窗口，5、焚光材料，6、出口光纖，7、光學(xué)親合系統(tǒng)，8、分束器，9、光接收器，10、溫度信號激發(fā)光源。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0027]如圖1所示，本發(fā)明具有溫度測量功能的光纖電弧光傳感裝置包括光學(xué)探頭1、光纖跳線2、光電轉(zhuǎn)換單元3，光學(xué)探頭I通過光纖跳線2與光電轉(zhuǎn)換單元3連接。
[0028]光學(xué)探頭I包括出口光纖6，出口光纖6為恪融石英材質(zhì)，出口光纖6的前端設(shè)置有熒光材料5，熒光材料5為稀土摻雜的具有溫度特性的熒光物質(zhì)，該熒光物質(zhì)受溫度信號激發(fā)光源激發(fā)所產(chǎn)生的熒光信號與受弧光所產(chǎn)生的熒光信號的頻率、波形及強(qiáng)度不同，可同時完成弧光與溫度的探測，利用該熒光物質(zhì)的稀土元素受激發(fā)產(chǎn)生的熒光信號的時間衰減作為探測溫度的參數(shù)，利用其紫外光激發(fā)熒光物質(zhì)產(chǎn)生的熒光信