检测气体绝缘开关设备局部放电的光纤传感系统的制作方法

本发明涉及光纤传感和局部放电测量，尤其涉及一种检测气体绝缘开关设备局部放电的光纤传感系统。

背景技术：

1、气体绝缘开关设备（gas insualation switchgear，gis）以其结构紧凑、不易受到外界环境影响、可扩展性强、运行可靠性高、检修维护方便等优点成为高压电力系统中的主流设备。

2、大量gis故障案例表明：gis生产和安装过程中产生的金属微粒是降低gis绝缘水平的主要原因，而随着gis绝缘水平的降低，会引起较多gis绝缘故障。在gis运行过程中，金属微粒会吸附于gis绝缘子表面，造成gis绝缘子沿面电场畸变，引发局部放电。局部放电是发生绝缘故障的重要征兆和表现形式，因此，可以通过检测金属微粒造成的gis局部放电来诊断和评估gis内部绝缘状态，实现绝缘故障预警，提高gis的运行可靠性。

3、相关技术，通过检测gis局部放电产生的不同物理量，实现对gis局部放电现象的检测。目前局部放电的检测方法主要有：脉冲电流法、特高频法、光测法、声测法。其中，脉冲电流法检测下限极低，现场干扰大，无法在gis现场进行检测；光测法需要在gis腔体上开孔安装光电二极管，破坏gis结构；特高频法依赖于特高频内置或外置传感器，现场干扰大；超声波法使用的传感器安装在gis外壳，现场应用简单快捷，但在现场测验中，gis设备运行现场环境复杂，系统噪声来源多样，影响检测系统稳定性。因此，亟待找到一种抗环境干扰的，检测系统较稳定的，能够提高检测到的gis局部放电的精确度的方法。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提供了一种检测气体绝缘开关设备局部放电的光纤传感系统。

2、本发明提供了一种检测气体绝缘开关设备局部放电的光纤传感系统，包括：

3、激光器，用于发射预定波长的激光；

4、第一耦合器，用于将上述激光分为功率相同的检测光和参考光；

5、光纤传感器，用于利用上述检测光对绝缘开关设备局部放电产生的超声信号进行检测，得到超声调制光；

6、第二耦合器，用于对上述超声调制光和经过压电陶瓷光相位调制器与低频噪声抑制模块共同调制相位频率后的参考光进行干涉，并将干涉得到的干涉光分为功率相同的第一干涉光和第二干涉光；

7、平衡光电探测器，用于对上述第一干涉光和上述第二干涉光进行光电转换，得到与上述超声信号对应的交流电压信号，以使上述光纤传感系统根据上述交流电压信号，得到上述超声信号；

8、噪声反馈模块，用于对上述交流电压信号进行第一预定频率的滤波，得到环境噪声电压信号，其中，上述环境噪声电压信号表征与上述绝缘开关设备所处环境中的噪声信号对应的电压信号；

9、压电陶瓷光相位调制器，接入用于传输上述参考光的参考光纤中，根据上述环境噪声电压信号，对上述参考光的相位进行第一调制，使经过第一调制的参考光的相位中增加第一频率相位，其中，上述第一频率相位表征与第二频率相位的幅值及频率相同且传播方向相反的相位，上述第二频率相位表征大于等于第二预定频率且小于等于第一预定频率的环境噪声使上述检测光的相位增加的相位量；

10、低频噪声抑制模块，接入用于传输上述参考光的参考光纤中，根据上述环境噪声电压信号，对上述参考光的相位进行第二调制，使经过第二调制的上述参考光的相位中增加第三频率相位，其中，上述第三频率相位与第四频率相位的频率相同及传播方向相反，上述第三频率相位是根据上述第四频率相位和预定相位确定的，上述第四频率相位表征小于第二预定频率的环境噪声使上述检测光的相位增加的相位量。

11、根据本发明的实施例，上述低频噪声抑制模块包括：

12、电压比较器，用于将上述环境噪声电压信号与预定电压进行比较，并输出与上述预定电压对应的二进制信号；

13、单片机控制器，用于根据上述二进制信号，以第三预定频率输出至少一个八位的二进制数；

14、数模转换器，用于将上述至少一个八位的二进制数分别转换为初始驱动电压信号，得到至少一个初始驱动电压信号；

15、电机驱动子模块，用于将上述至少一个初始驱动电压信号分别放大预定倍数，得到至少一个目标驱动电压信号；

16、电机驱动可伸缩光纤丝杠，接入用于传输上述参考光的参考光纤中，用于根据上述至少一个目标驱动电压信号，对上述参考光纤的长度进行调节，以使调节后的上述参考光的相位中增加上述第三频率相位。

17、根据本发明的实施例，上述预定电压包括第一预定电压和第二预定电压，第一预定电压小于第二预定电压，上述电压比较器还用于通过以下操作实现上述将上述环境噪声电压信号与预定电压进行比较，并输出与上述预定电压对应的二进制信号：

18、在上述环境噪声电压信号大于第二预定电压的情况下，输出第一二进制信号；

19、在上述环境噪声电压信号小于第一预定电压的情况下，输出第二二进制信号；

20、在上述环境噪声电压信号大于等于上述第一预定电压且小于等于第二预定电压的情况下，输出第三二进制信号。

21、根据本发明的实施例，上述单片机控制器还用于通过以下操作实现上述根据上述二进制信号，以第三预定频率输出至少一个八位的二进制数：

22、在上述二进制信号为第一二进制信号的情况下，以第三预定频率依次输出与第一数值范围包括的至少一个数值分别对应的八位二进制数；

23、在上述二进制信号为第二二进制信号的情况下，以第三预定频率依次输出与第二数值范围包括的至少一个数值分别对应的八位二进制数；

24、在上述二进制信号为第三二进制信号的情况下，以第三预定频率输出与第三数值范围包括的至少一个数值分别对应的八位二进制数。

25、根据本发明的实施例，上述数模转换器还用于通过以下操作实现上述将上述至少一个八位的二进制数分别转换为初始驱动电压信号，得到至少一个初始驱动电压信号：

26、将上述至少一个八位的二进制数线性映射到数值大小在第四数值范围内的驱动电压信号，得到至少一个初始驱动电压信号，其中，上述至少一个八位的二进制数中的最大值与上述第四数值范围中的最大值相对应，上述至少一个八位的二进制数中的最小值与上述第四数值范围中的最小值相对应。

27、根据本发明的实施例，噪声反馈模块包括：

28、低通滤波器，用于对上述交流电压信号进行第一预定频率的低通滤波，得到初始环境噪声电压信号；

29、积分器，用于对上述初始环境噪声电压信号进行累加处理，得到截止频率为上述第一预定频率的上述环境噪声电压信号。

30、根据本发明的实施例，上述第一预定电压为-2v，上述第二预定电压为2v。

31、根据本发明的实施例，上述预定倍数为20倍，上述第三预定频率为1个/1us。

32、根据本发明的实施例，上述第一预定频率为10khz，上述第二预定频率为10hz。

33、根据本发明的实施例，将上述光纤传感系统中除上述光纤传感器以外的各个器件及模块使用5mm厚的铝板进行封装处理，上述光纤传感器为环氧树脂封装的直径为5厘米的圆柱形光纤传感器。

34、根据本发明的实施例，通过压电陶瓷光相位调制器，对参考光的相位进行第一调制，使经过第一调制的参考光的相位中增加第一频率相位，低频噪声抑制模块，对参考光的相位进行第二调制，使经过第二调制的参考光的相位中增加第三频率相位，使得第二耦合器在对超声调制光和经过压电陶瓷光相位调制器与低频噪声抑制模块共同调制相位频率后的参考光进行干涉后，可以滤除超声调制光信号中的与环境噪声对应的光信号，抑制环境噪声对超声调制光信号的影响，使得到的第一干涉光和第二干涉光不包括与环境噪声对应的光信号，进而后续平衡光电探测器，对第一干涉光和第二干涉光进行光电转换后，可以得到不受环境噪声影响的与超声信号对应的交流电压信号，使得光纤传感系统工作在稳定状态，进而后续可以根据该稳定的交流电压信号得到不受环境影响的超声信号以及根据超声信号，解析到不受环境噪声影响的超声绝缘开关设备局部放电信号，可以得到精度较高的局部放电信号。