膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體地指一種膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭。
【背景技術(shù)】
[0002]大型電力設(shè)備在線局部放電監(jiān)測(cè)一直是困擾電力運(yùn)營(yíng)單位的困難問(wèn)題，多年來(lái)學(xué)者和工業(yè)界工程師嘗試采用不同方式解決該問(wèn)題。其中依靠檢測(cè)局放誘發(fā)超聲波信號(hào)方法一直受到關(guān)注，傳統(tǒng)局放超聲波檢測(cè)以壓電陶瓷傳感器為主，但因其受檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電磁環(huán)境干擾嚴(yán)重等原因限制，也未能廣泛應(yīng)用與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。近三十年隨著光纖傳感器技術(shù)的發(fā)展，廣大研究者發(fā)現(xiàn)膜片耦合式非本征光纖法-珀超聲波傳感器有望用于解決液固復(fù)合絕緣中的局放聲波在線監(jiān)測(cè)。非本征光纖法-珀超聲波傳感器可利用鍍有反射膜的光纖插芯與膜片制成法-珀傳感器探頭。局放檢測(cè)傳感器要求具有較高靜壓靈敏度，同時(shí)要求具有較高響應(yīng)頻率，而光纖插芯直徑為2.5mm，直接采用支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)造的法_珀探頭往往需要較厚的膜片，而較厚膜片會(huì)降低傳感器靜壓靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就是要提供一種膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，該探頭可以使非本征法-珀傳感器在采用更薄膜片的同時(shí)獲得更高的響應(yīng)頻率，提高局放傳感器檢測(cè)靈敏度，并且該探頭的制作工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)驗(yàn)研究階段進(jìn)行傳感器試制。
[0004]為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，它包括支撐套筒、光纖插芯安裝件、通過(guò)光纖插芯安裝件設(shè)置在支撐套筒內(nèi)的光纖插芯、設(shè)置在光纖插芯光纖安裝孔內(nèi)的光纖，所述光纖插芯的前端鍍有第一反射膜，光纖插芯前端的第一反射膜位于支撐套筒內(nèi)部，其特征在于:所述支撐套筒的前端固定有第二反射膜，所述第二反射膜與第一反射膜具有相同的反射率，所述第二反射膜與鍍有第一反射膜的光纖插芯組成法珀腔，所述第二反射膜與第一反射膜之間的距離范圍為175?185微米。
[0005]所述第一反射膜和第二反射膜的反射率均為50%。
[0006]所述第一反射膜和第二反射膜均為石英膜片。
[0007]所述第一反射膜和第二反射膜的厚度相等，均為35?45微米。
[0008]所述第二反射膜通過(guò)約束圓環(huán)固定在支撐套筒的前端。
[0009]所述約束圓環(huán)的厚度范圍為0.5?0.9mm。
[0010]本發(fā)明的有益效果:
[0011]石英膜片隨厚度的增大和約束半徑的減小，其固有頻率增大、靈敏度降低，本發(fā)明通過(guò)上述非本征法-珀傳感器中夾層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，使采用較薄石英膜片時(shí)傳感器能獲得更高的一階固有響應(yīng)頻率，從而提高法-珀傳感器對(duì)具有較高頻率的局放聲發(fā)射信號(hào)的檢測(cè)靈敏度。并且該探頭的制作工藝簡(jiǎn)單，易于實(shí)驗(yàn)研究階段進(jìn)行傳感器試制。
【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0013]圖2為采用本發(fā)明探頭的傳感器的局放檢測(cè)結(jié)果圖；
[0014]圖3為傳統(tǒng)的改變膜片厚度方式制作探頭的傳感器的局放檢測(cè)結(jié)果圖；
[0015]圖4為未采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片的固有頻率云圖；
[0016]圖5為未采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片形變?cè)茍D；
[0017]圖6為采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片的固有頻率云圖；
[0018]圖7為采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片形變?cè)茍D；
[0019]其中，I一支撐套筒、2—光纖插芯安裝件、3—光纖插芯、4一光纖、5—第一反射膜、6一第二反射膜、7—約束圓環(huán)。
【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:
[0021]本發(fā)明的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，如圖1所示，它包括支撐套筒1、光纖插芯安裝件2、通過(guò)光纖插芯安裝件2設(shè)置在支撐套筒I內(nèi)的光纖插芯3、設(shè)置在光纖插芯3光纖安裝孔內(nèi)的光纖4，所述光纖插芯3的前端鍍有第一反射膜5，光纖插芯3前端的第一反射膜5位于支撐套筒I內(nèi)部，所述支撐套筒I的前端固定有第二反射膜6，所述第二反射膜6與第一反射膜5具有相同的反射率，從而獲得具有更大線性調(diào)制區(qū)的傳感器工作曲線，所述第二反射膜6與鍍有第一反射膜5的光纖插芯3組成法珀腔，所述第二反射膜6與第一反射膜5之間的距離范圍為175?185微米，優(yōu)選為180微米。
[0022]上述技術(shù)方案中，所述第一反射膜5和第二反射膜6的反射率均為50%。50%的反射率可獲得較大的被測(cè)信號(hào)調(diào)制區(qū)，保證了靈敏度。
[0023]上述技術(shù)方案中，所述第一反射膜5和第二反射膜6均為石英膜片。石英膜片在工業(yè)領(lǐng)域便于加工和獲得。
[0024]上述技術(shù)方案中，所述第一反射膜5和第二反射膜6的厚度相等，均為35?45微米，優(yōu)選為40微米。該厚度范圍能保證探頭的靈敏度。
[0025]上述技術(shù)方案中，所述第二反射膜6通過(guò)約束圓環(huán)7固定在支撐套筒I的前端。所述約束圓環(huán)7的厚度范圍為0.5?0.9_，優(yōu)選為0.8_。上述約束圓環(huán)7能使本發(fā)明獲得較高響應(yīng)頻率(根據(jù)彈性力學(xué)膜片振動(dòng)理論，增設(shè)小尺寸約束圓環(huán)7可提高響應(yīng)頻率)。
[0026]上述技術(shù)方案中，所述支撐套筒1、光纖插芯安裝件2、光纖插芯3、第一反射膜5和第二反射膜6均為同軸設(shè)置。上述同軸設(shè)置的形式能提高光束的耦合效率。
[0027]為評(píng)價(jià)采用本發(fā)明傳感器探頭響應(yīng)頻率的改進(jìn)效果，利用計(jì)算機(jī)有限元分析方法計(jì)算膜片固有頻率和標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)力作用下膜片形變。圖4是未采用本發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片的固有頻率云圖，圖5是未采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片形變?cè)茍D，從圖4和圖5中可以看出未采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片的一階固有頻率為I1kHz，膜片中心位移為0.386X 10 10m/Pa ;圖6是采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片的固有頻率云圖，圖7是采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片形變?cè)茍D，從圖6和圖7中可以看出采用發(fā)明結(jié)構(gòu)的傳感器膜片的一階固有頻率為224kHz，膜片中心位移為0.122X10 10m/Pao由此可見(jiàn)本發(fā)明可以獲得更高的一階固有響應(yīng)頻率，從而提高法-珀傳感器對(duì)局放聲發(fā)射信號(hào)的檢測(cè)靈敏度。
[0028]為了進(jìn)一步的驗(yàn)證本發(fā)明的效果，設(shè)計(jì)如下檢測(cè)實(shí)驗(yàn)，利用板一板電極作為局放源，對(duì)于相同放電量的局放聲信號(hào)分別利用具有相同固有頻率的傳感器A和傳感器B進(jìn)行檢測(cè)，其中傳感器A的探頭采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，傳感器B未采用本發(fā)明的結(jié)構(gòu)而通過(guò)傳統(tǒng)的改變膜片厚度方式制作，圖2為傳感器A局放聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)結(jié)果，圖3為傳感器B局放聲發(fā)射信號(hào)檢測(cè)結(jié)果。傳感器A和傳感器B對(duì)相同放電源的檢測(cè)結(jié)果表明，傳感器A的輸出幅值高于傳感器B的輸出幅值，本發(fā)明采用的夾層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提高了傳感器局放檢測(cè)靈敏度。
[0029]本發(fā)明的工作原理為:本發(fā)明主要目的是提出一種具有夾層結(jié)構(gòu)的膜片耦合式的非本征光纖法-珀傳感器。局放誘發(fā)超聲波信號(hào)經(jīng)液體介質(zhì)傳播到達(dá)傳感器探頭處驅(qū)動(dòng)石英膜片振動(dòng)，傳感器的反射光譜隨膜片振動(dòng)產(chǎn)生相位偏移，而光譜的移動(dòng)大小和頻率與被測(cè)超聲波信號(hào)的強(qiáng)度和頻率呈正相關(guān)，即可實(shí)現(xiàn)被測(cè)信號(hào)的探測(cè)。
[0030]本說(shuō)明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，它包括支撐套筒(I)、光纖插芯安裝件(2)、通過(guò)光纖插芯安裝件(2)設(shè)置在支撐套筒(I)內(nèi)的光纖插芯(3)、設(shè)置在光纖插芯(3)光纖安裝孔內(nèi)的光纖(4)，所述光纖插芯(3)的前端鍍有第一反射膜(5)，光纖插芯⑶前端的第一反射膜(5)位于支撐套筒⑴內(nèi)部，其特征在于:所述支撐套筒⑴的前端固定有第二反射膜￠)，所述第二反射膜(6)與第一反射膜(5)具有相同的反射率，所述第二反射膜(6)與鍍有第一反射膜(5)的光纖插芯(3)組成法珀腔。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述第二反射膜(6)與第一反射膜(5)之間的距離范圍為175?185微米。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述第一反射膜(5)和第二反射膜￠)的反射率均為50%。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述第一反射膜(5)和第二反射膜(6)均為石英膜片。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述第一反射膜(5)和第二反射膜(6)的厚度相等，均為35?45微米。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述第二反射膜(6)通過(guò)約束圓環(huán)(7)固定在支撐套筒(I)的前端。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述約束圓環(huán)(7)的厚度范圍為0.5?0.9mm。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，其特征在于:所述支撐套筒(I)、光纖插芯安裝件(2)、光纖插芯(3)、第一反射膜(5)和第二反射膜(6)均為同軸設(shè)置。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種膜片耦合式非本征光纖法布里珀羅傳感器探頭，它包括支撐套筒、光纖插芯安裝件、通過(guò)光纖插芯安裝件設(shè)置在支撐套筒內(nèi)的光纖插芯、設(shè)置在光纖插芯光纖安裝孔內(nèi)的光纖，光纖插芯的前端鍍有第一反射膜，光纖插芯前端的第一反射膜位于支撐套筒內(nèi)部，支撐套筒的前端固定有第二反射膜，第二反射膜與第一反射膜具有相同的反射率，第二反射膜與鍍有第一反射膜的光纖插芯組成法珀腔。本發(fā)明使非本征法-珀傳感器在采用更薄膜片的同時(shí)獲得更高的響應(yīng)頻率，提高局放傳感器檢測(cè)靈敏度，并且該探頭的制作工藝簡(jiǎn)單易于實(shí)驗(yàn)研究階段進(jìn)行傳感器試制。
【IPC分類】G01H9/00, G01R31/12
【公開號(hào)】CN105222883
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510702826
【發(fā)明人】陳連凱, 聶德鑫, 鄧建鋼, 皮本熙, 徐立新, 羅漢武, 楊志華, 劉詣, 楊永輝, 張連星, 張海龍, 盧文華, 程林, 羅先中, 金瑩, 王友旭, 鄭昌佶, 張偉超
【申請(qǐng)人】國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司, 哈爾濱理工大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2015年10月26日