變壓器光纖溫度傳感器的原理

變壓器的故障證明是非常昂貴和不方便的，因?yàn)樗枰泻芏鄷r(shí)間來替換他們。在破產(chǎn)期間，由于生產(chǎn)線停工。需要一個(gè)監(jiān)測(cè)變壓器溫度的系統(tǒng)?，F(xiàn)有的傳感器不能用于監(jiān)測(cè)變壓器的溫度，因?yàn)樗鼈兪菍?duì)電信號(hào)敏感，會(huì)引發(fā)火花，因?yàn)槔锩嬗杏妥儔浩骼鋮s線圈。光纖是電惰性的，所以這個(gè)系統(tǒng)將被證明是理想的這個(gè)申請(qǐng)。模擬光纖結(jié)構(gòu)的研究結(jié)果基于微彎的變壓器溫度傳感器評(píng)估該傳感器的有效性已通過本手稿傳達(dá)。結(jié)果是強(qiáng)度調(diào)制和溫度的關(guān)系圖。

現(xiàn)代通信中使用光纜傳輸信息。光毛細(xì)管厚度的玻璃纖維在很遠(yuǎn)的距離上傳導(dǎo)的波。玻璃纖維或光學(xué)與標(biāo)準(zhǔn)電信相比，電纜具有顯著的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)銅導(dǎo)體電纜。

最重要的優(yōu)勢(shì)是：

?傳輸帶寬寬；

?不受外部電磁雜散場(chǎng)的干擾；

?非金屬電纜無潛在問題；

?光纖電纜薄、輕、靈活。

這些優(yōu)點(diǎn)是玻璃纖維的特點(diǎn)使信息的光傳輸不僅對(duì)公共電信網(wǎng)絡(luò)，而且對(duì)其他應(yīng)用領(lǐng)域，如

AS：

?能源供應(yīng)公司的電信網(wǎng)絡(luò)；

?有線電視網(wǎng)絡(luò)電視會(huì)議；

工業(yè)過程控制；

?互聯(lián)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)處理；

?軍事用途（高度攔截安全）。

近年來光纖的另一個(gè)應(yīng)用是傳感溫度。通常這種應(yīng)用使用塑料包層二氧化硅。對(duì)于變壓器，不可能使用電接觸式傳感器，如電阻式溫度檢測(cè)器等，因?yàn)樗鼈儽旧砭褪请妼?dǎo)體增加過熱時(shí)短路的可能性。此外，它們?nèi)菀桩a(chǎn)生電磁波

干擾。

1.2。傳感領(lǐng)域的光纖

光纖傳感器已經(jīng)被證明對(duì)測(cè)量各種各樣的物理、化學(xué)、生物、生物醫(yī)學(xué)參數(shù)由于一些固有的優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的電氣和電子傳感器相比，它的一些主要優(yōu)點(diǎn)包括電磁干擾，體積小，重量輕，避免接地回路，能夠應(yīng)對(duì)各種測(cè)量，避免電火花，抵抗惡劣環(huán)境

，遠(yuǎn)程操作，多路復(fù)用能力等等。在過去的二十年中，各種光纖傳感器得到了發(fā)展。迄今為止開發(fā)的大多數(shù)光纖傳感器可根據(jù)其配置為：

1）外源性FoS；

2）固有FoS。

外部fos基本上是光學(xué)傳感器，我們通過光纖傳輸（和收集）光信號(hào)，而光信號(hào)的調(diào)制發(fā)生在光纖之外。本征fos是“真”光纖

傳感器，意味著根據(jù)測(cè)量結(jié)果，光的調(diào)制發(fā)生在光纖內(nèi)部參數(shù)。根據(jù)工作原理，兩個(gè)傳感器組可以進(jìn)一步分成兩個(gè)大的

類別：

1）強(qiáng)度調(diào)制fos；

2）相位調(diào)制光纖干涉儀。

在強(qiáng)度調(diào)制fos中，被測(cè)參數(shù)在探測(cè)器處引起光強(qiáng)變化，即。光強(qiáng)度被調(diào)制。強(qiáng)度調(diào)制的fos可以在各種本征和外部配置。干涉儀中光學(xué)相位受到影響。一般來說，干涉?zhèn)鞲衅骶哂谐叻直媛省⒏呔?、多功能配置等?yōu)點(diǎn)。但是他們具有相對(duì)測(cè)量、信號(hào)處理成本高等缺點(diǎn)。與纖維相反干涉儀，基于強(qiáng)度的器件具有信號(hào)解調(diào)簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，絕對(duì)測(cè)量，高頻響應(yīng)。

1.3。微彎傳感器

微彎傳感器是最早的內(nèi)置光纖傳感器之一。微彎損失一直以來都是電纜設(shè)計(jì)師的詛咒，但在光學(xué)領(lǐng)域也有同樣的微彎損耗效應(yīng)采用微彎效應(yīng)的微彎傳感器設(shè)計(jì)師開發(fā)的纖維測(cè)量許多物理參數(shù)和物理變量，如溫度，壓力，位移等微彎傳感器的早期興趣是用于水聽器應(yīng)用。從那以后隨著時(shí)間的推移，在文獻(xiàn)中出現(xiàn)了100多個(gè)關(guān)于微彎傳感器的不同研究，并且傳感器已經(jīng)適應(yīng)了許多不同的測(cè)量應(yīng)用。簡(jiǎn)單地說，微彎可以是說明如下：多模光纖波導(dǎo)的機(jī)械擾動(dòng)導(dǎo)致

光功率在光纖中多種模式之間的再分配。機(jī)械裝置越嚴(yán)重微擾或彎曲，更多的光耦合到輻射模式并被丟失。因此，重要的微彎傳感器的特點(diǎn)是它使用多模光纖，它是一種光強(qiáng)度傳感器和光強(qiáng)度隨機(jī)械彎曲而降低?；驹O(shè)計(jì)如圖所示上面。波紋板，稱為變形板，在測(cè)量擾動(dòng)下擠壓光纖從而引起微彎。這會(huì)導(dǎo)致熔覆層的導(dǎo)向?qū)雍瓦B續(xù)層之間的耦合。模式，導(dǎo)致光纖不可逆地泄漏光功率。微彎敏感性果表明，在梯度情況下，變形器的機(jī)械周期必須與表達(dá)式相匹配為了達(dá)到最大的微彎靈敏度，索引光纖，其中a是芯半徑，是折射率差。多年來，微彎傳感器已被配置用于測(cè)量包括壓力、溫度、加速度、流量、局部應(yīng)變和速度。微彎傳感器陣列已經(jīng)被用于觸覺傳感系統(tǒng)和分布式傳感中。用于溫度、應(yīng)變、結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)和水檢測(cè)的系統(tǒng)。在其中一些地區(qū)，原型已經(jīng)建立和測(cè)試，在一些領(lǐng)域，商業(yè)產(chǎn)品已經(jīng)提供。

.4。宏彎傳感器

宏彎傳感器是另一種強(qiáng)度調(diào)制的固有fos（圖2）。他們肯定與微彎傳感器相似，但兩者之間也存在顯著差異概念。在宏彎傳感器中，通常使用單模光纖，其彎曲度較大直徑（通常彎曲半徑為幾厘米）。普通通信光纖通常對(duì)宏觀彎曲不夠敏感，因此通常需要使用特殊彎曲敏感的單模光纖。這些光纖通常在較低的溫度下工作。請(qǐng)考慮下圖所示的單模光纖的示意圖。在直線上光纖彎曲前的區(qū)域，光纖被認(rèn)為是無損的和橫向的功率模式p0僅限于沿纖維軸傳播。在半徑R和角度Φ的彎曲區(qū)域，限制路徑假定為圓形。在彎曲處，模態(tài)波前將以相速度傳播線性依賴于與彎曲曲率中心的徑向距離。傳播因此，模式β的常數(shù)將與1/r成比例。對(duì)于波前較大的徑向位置當(dāng)波的角相速度大于特征值rc時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生輻射焦散前面等于傳播介質(zhì)中的光速和陰影尾部pc中的功率波前分離，并以切向路徑傳播到分離點(diǎn)輻射出去。宏彎傳感器可用于類似微彎傳感器的應(yīng)用。

普通光纖微彎傳感器的數(shù)學(xué)模型理想化的通用微彎傳感器，夾在一對(duì)變形板之間的傳感纖維在某種程度上被限制在以周期性∧的規(guī)則模式彎曲。變形器對(duì)適當(dāng)環(huán)境的響應(yīng)_，對(duì)彎曲的纖維施加f力，使纖維變形x的振幅變化量∏x。光通過彎曲光纖t的傳輸系數(shù)依次為改變了一個(gè)量，使之變?yōu)?。光纖在干式變壓器監(jiān)測(cè)中的作用過熱保護(hù)系統(tǒng)克服了這些缺點(diǎn)。高壓和低壓線圈和鐵芯都可以防止過熱。操作原理基于

光纖傳輸特性隨溫度的變化。光學(xué)的傳感器不會(huì)引起任何電磁干擾或影響變壓器的運(yùn)行以任何其他方式。如果光信號(hào)注入光纖傳感器的一側(cè)，則可以在另一端有一個(gè)光學(xué)接收器。如果光纖的表面溫度升高變形器板響應(yīng)溫度而中斷傳輸。它可以直接感應(yīng)熱點(diǎn)溫度，不像傳統(tǒng)的傳感器。在更高的溫度下，光的傳輸被中斷，并且，沒有任何信號(hào)可以被接收到更多。此狀態(tài)用于提供過熱報(bào)警。新開發(fā)的過熱保護(hù)系統(tǒng)（圖4）最重要的優(yōu)點(diǎn)是總結(jié)如下：

?絕緣和芯線過熱均可在線檢測(cè)；

?在局部溫度升高的情況下，警報(bào)可降低煙霧、火災(zāi)或絕緣；

?無電磁干擾、地面放電或任何其他環(huán)境損害條件；

?在80°C至170°C的范圍內(nèi)進(jìn)行安全過熱檢測(cè)，在實(shí)際操作中得到了很好的嘗試；

?成本效益高，易于安裝；

?由于智能設(shè)計(jì)，處理單元能夠自我控制，并支持多個(gè)接口，如以及遠(yuǎn)程訪問。

 

因?yàn)橛凶C據(jù)表明光纖有可能用作光纖溫度通過模擬基于微彎和宏彎模擬工具來評(píng)估這種傳感器的有效性。性能分析

利用Matlab的Simulink工具箱對(duì)傳感器進(jìn)行了仿真表征。得出傳感器5的優(yōu)化設(shè)計(jì)。結(jié)果和討論從普通光纖傳輸系數(shù)的變化表達(dá)式通用微彎傳感器模型配置及仿真結(jié)果如下。隨后建立了一個(gè)模型，用于傳感器在較高溫度范圍內(nèi)的應(yīng)用。0至100 0

發(fā)現(xiàn)結(jié)果是線性的，但對(duì)于儀器來說，斜率太陡獲取數(shù)據(jù)的信號(hào)。構(gòu)建的模型如下所示。測(cè)量值圖表因?yàn)閭鬏敵?shù)如下所示，這表明結(jié)果是相當(dāng)線性的。為了校正斜率，進(jìn)行迭代，以獲得適合放大器的增益期望的響應(yīng)。這實(shí)際上可以通過簡(jiǎn)單地調(diào)整傳感器級(jí)儀表運(yùn)算放大器的反饋網(wǎng)絡(luò)。類似地其他溫度范圍內(nèi)，增益可以適當(dāng)?shù)馗淖?，從而得到可測(cè)量的范圍。該模型的建立有助于溫度傳感器的有效設(shè)計(jì)。在不同的溫度范圍工作的不同類型的應(yīng)用。仿真結(jié)果為6。結(jié)論和今后工作的范圍本文對(duì)光纖傳感器的微彎結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真研究。并對(duì)干式變壓器溫度傳感器進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。它已經(jīng)發(fā)現(xiàn)傳輸常數(shù)的測(cè)量值圖是相當(dāng)線性的。變壓器的持續(xù)監(jiān)測(cè)旨在提高可靠性，早期檢測(cè)問題，降低了維護(hù)成本，也延長(zhǎng)了它的預(yù)期壽命。當(dāng)前應(yīng)用儀表不能提供一致性，也不能提供繞組溫度指示的準(zhǔn)確性。間接測(cè)量WTM，即模擬WTM系統(tǒng)的熱電偶套管對(duì)階躍響應(yīng)慢負(fù)載變化。變壓器老化主要是由繞組溫度引起的。更頻繁全容量負(fù)載表明需要更好地控制繞組溫度光纖傳感器已經(jīng)達(dá)到了一個(gè)可靠的水平，使他們成為這一重要功能的自然選擇。AS通過監(jiān)控長(zhǎng)期的漸進(jìn)式變壓器，避免了災(zāi)難性故障和緊急停機(jī)惡化。對(duì)于未來，我們可以使用各種技術(shù)，例如：基于納米技術(shù)的、自主的、自我導(dǎo)航的熱傳感器以及繞組溫度算法等技術(shù)。而且，成像傳感器也可以位于油箱內(nèi)部。我們也可以利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和神經(jīng)模糊在未來的應(yīng)用。