器5，并將輸出進入第二光纖耦合器組6分光，也將此路光分為N路，而后將光纖環(huán)傳感器組4，第二光纖耦合器組6的輸出送入干涉耦合器組7將兩組光路進行干涉，干涉后的結(jié)果送入光電轉(zhuǎn)換器組8進行光電轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的電信號送入混頻器組9進行降頻，最后送入解調(diào)系統(tǒng)10進行解調(diào)。分布反饋式窄帶激光器I發(fā)出的光經(jīng)過分光耦合器I，分為相同的兩束光，其中一路通過B 口進入傳感臂，另一路通過C 口進入?yún)⒖急郏M入傳感臂的光首先被聲光調(diào)制器調(diào)制2，其頻率發(fā)生偏移，進入第一分光耦合器組3的入口 D處，被第一耦合器組3分為需求的若干組光路，并分別接入光纖環(huán)傳感器組4從G 口輸出，而進入?yún)⒖急鄣腃 口的光路則只接入一個光纖環(huán)傳感器4，而后通過E ‘輸出至第二耦合器組5，將參考臂的光路分為與參考臂光路數(shù)量相同的光路，并在H 口進入干涉耦合器組6，使得每一路參考臂的光都與傳感臂的光進行干涉，輸出的光路進入平衡探測器組7進行光電轉(zhuǎn)換并進行差分運算，而后輸出至降頻器組8進行降頻，后進入放大濾波器組9對信號做初步的處理，而后送入解調(diào)系統(tǒng)10對信號進行解調(diào)就能得到變壓器局部放電聲發(fā)射信號的具體內(nèi)容。
[0019]本發(fā)明的光源選擇十分重要，因為此系統(tǒng)的傳感主要依靠干涉輸出，所以要求光源輸出線寬很窄，并且要求光源的波長穩(wěn)定性，功率穩(wěn)定性以及輸出具有偏振或部分偏振光。分布反饋式窄帶激光器的中心波發(fā)射的光波波長為1550nm的偏振光，帶寬小于200kHz，輸出功率多100mW，輸出光波長穩(wěn)定性在+1pm，功率穩(wěn)定性在+0.0ldB這使得輸出結(jié)果穩(wěn)定，信噪比高。
[0020]系統(tǒng)的聲光調(diào)制器件能將通過它的光進行調(diào)制，使其光頻偏移固定頻率，且其信號調(diào)制成為某種形式，本發(fā)明所使用的聲光調(diào)制器可將通過的光路進行40MHz的頻偏或者采用80MHz，并且將此光路的光調(diào)制成為標(biāo)準的正弦波信號，這使得產(chǎn)生干涉的其中一路與另一路產(chǎn)生了較大的頻率差，將兩路頻率不同的光進行干涉即稱之為外差法；頻偏使得傳感臂處的信號中的緩慢變化的比如溫度噪聲，或者白噪聲等信號被很好的濾除了，其抗噪能力強于不經(jīng)過聲光調(diào)制器直接將信號進行干涉，且外差法的解調(diào)范圍廣，受到兩臂不等長的影響小。
[0021]當(dāng)有聲發(fā)射信號到來時，干涉儀的傳感臂處的光纖環(huán)傳感器組會接收聲發(fā)射信號，到來的聲信號是一種聲波，它的聲壓會引起光纖的長度的微弱變化，從而間接改變光纖內(nèi)傳播的光的相位，所以相當(dāng)于外界的聲發(fā)射信號對傳感臂內(nèi)傳播的光路進行了相位調(diào)制。當(dāng)聲壓信號相同時，感受到聲信號的光纖環(huán)長度越長則檢測到的信號更強烈，當(dāng)光纖環(huán)的長度到達一定長度其測量精度就能達到壓電陶瓷的探測精度。并且本發(fā)明所用的傳感器為光纖環(huán)傳感器，其為將光纖進行均勻的纏繞，并將它們分為若干層數(shù)，這可以有效的減小傳感器的體積，并使得聲發(fā)射信號能夠被所有的光纖所感受到，有效的增強了傳感器的靈敏度。因為傳感臂傳播的光首先是被聲光調(diào)制器進行了調(diào)制，所以當(dāng)外界聲信號到達后，會將傳感臂中傳播的光再次進行調(diào)制，通過與參考臂處的光路進行干涉后，會得到一種拍頻信號，將輸出的兩路信號送入平衡探測器中，將得到的光信號進行光電轉(zhuǎn)換并進行差分運算，便可以得到濾除過直流信號的載波信號，將信號經(jīng)過放大濾波器進行放大以及初步濾波，送入計算機中對信號進行解調(diào)就可得到相應(yīng)的聲發(fā)射信號。
[0022]平衡探測器，其在本發(fā)明中的主要作用為將干涉耦合器組輸出的光進行光電轉(zhuǎn)換。因進入探測器的兩路光相位差為η，且兩路信號當(dāng)中都包含了直流的無用信號，則通過平衡探測器進行差分互阻運算、濾除直流信號、并將信號進行濾除。因使用聲光調(diào)制器緣故，所以要求平衡探測器轉(zhuǎn)換速率高。除了完成光電轉(zhuǎn)換外，平衡探測器本身不能產(chǎn)生過大的噪聲，噪聲過大則通過放大器后，信號與噪聲同時被放大，嚴重影響了解調(diào)精度。
[0023]解調(diào)系統(tǒng)，因為本發(fā)明采用的是基于外差干涉技術(shù)的系統(tǒng)，所以在解調(diào)端則不能對輸出的信號直接進行光強解調(diào)，還需要對解調(diào)得到的信號進行去直流、頻域變換、貝塞爾濾波，希爾伯特變換等一系列數(shù)學(xué)處理方法對輸出信號進行處理才可得到真實的聲發(fā)射信號。
[0024]本發(fā)明未公開的技術(shù)內(nèi)容屬于本技術(shù)領(lǐng)域的公知技術(shù)。
[0025]盡管上面對本發(fā)明說明性的【具體實施方式】進行了描述，以便于本技術(shù)領(lǐng)的技術(shù)人員理解本發(fā)明，但應(yīng)該清楚，本發(fā)明不限于【具體實施方式】的范圍，對本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，只要各種變化在所附的權(quán)利要求限定和確定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，這些變化是顯而易見的，一切利用本發(fā)明構(gòu)思的發(fā)明創(chuàng)造均在保護之列。
【主權(quán)項】
1.一種基于外差法的多通道光纖環(huán)聲發(fā)射探測系統(tǒng)，用于探測變壓器的局部放電聲發(fā)射信號，其特征在于:包括分布反饋式窄帶激光器(I)、聲光調(diào)制器(2)、第一光纖耦合器組(3)、光纖環(huán)傳感器組(4)、參考光纖環(huán)傳感器(5)、第二光纖耦合器組￠)、干涉耦合器組(7)、平衡探測器組(8)、混頻器組(9)、解調(diào)系統(tǒng)(10); 分布反饋式激光器(I)發(fā)出的光首先分為相同的兩路，其中一路進入聲光調(diào)制器(2)使得此路的光頻率發(fā)生偏移，將偏移后的光送入第一光纖耦合器組(3)將此光路分為相同的N路，然后將輸出送入光纖環(huán)傳感器組(4)，使其感受外部信號，光纖環(huán)內(nèi)傳播光的相位；分布反饋式激光器(I)分出的第二路光則進入?yún)⒖脊饫w環(huán)傳感器(5)，并將輸出進入第二光纖耦合器組(6)分光，也將此路光分為N路，而后將光纖環(huán)傳感器組(4)，第二光纖耦合器組￠)的輸出送入干涉耦合器組(7)將兩組光路進行干涉，干涉后的結(jié)果送入平衡探測器組(8)進行光電轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的電信號送入混頻器組(9)進行降頻，最后送入解調(diào)系統(tǒng)(10)進行解調(diào)。2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的探測系統(tǒng)，其特征在于:所述分布反饋式窄帶激光器(I)的分布反饋式激光器(DFB)的中心波發(fā)射的光波波長為1550nm的偏振光，帶寬小于200kHz，輸出功率彡100mW，輸出光波長穩(wěn)定性在± lpm，功率穩(wěn)定性在±0.0ldB。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng)，其特征在于:所述聲光調(diào)制器(2)為光纖耦合式聲光調(diào)制器，使傳感臂產(chǎn)生40MHz，或者80MHz偏移，根據(jù)實際需求選擇。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng)，其特征在于:所述光纖環(huán)傳感器組(4)的結(jié)構(gòu)為將傳播波長為1550nm的單模光纖繞制成規(guī)律的多層光纖環(huán)，形狀類似為空心圓柱體；光纖環(huán)內(nèi)徑不得小于30_，光纖總長度大于60M，可視使用精度要求延長光纖長度，層與層之間用特定的耦合粘劑進行粘合，通過光纖環(huán)的光衰減不得大于0.2dBm ;視不同應(yīng)用環(huán)境可將光纖環(huán)封裝于聲信號敏感的波導(dǎo)中，貼于固體表面進行測量，可將光纖環(huán)封裝與聲信號敏感的波導(dǎo)中，然后粘貼于固體表面進行聲發(fā)射信號的測量。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測系統(tǒng)，其特征在于:所述聲光調(diào)制器則由聲光調(diào)制器驅(qū)動電路和信號發(fā)生器驅(qū)動運行。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于外差法的多通道光纖環(huán)聲發(fā)射探測系統(tǒng)，屬于無損檢測領(lǐng)域的聲發(fā)射探測技術(shù)，包括分布反饋式窄帶激光器(1)、聲光調(diào)制器(2)、第一光纖耦合器組(3)、光纖環(huán)傳感器組(4)、參考光纖環(huán)傳感器(5)、第二光纖耦合器組(6)、干涉耦合器組(7)、平衡探測器組(8)、混頻器組(9)、解調(diào)系統(tǒng)(10)。本發(fā)明可以在線實時測量變壓器的局部放電，解決了大部分傳統(tǒng)電學(xué)傳感器的缺陷。
【IPC分類】G01R31/12, G01H9/00
【公開號】CN105222881
【申請?zhí)枴緾N201510567808
【發(fā)明人】魏鵬, 丁濤
【申請人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年9月8日