[发明专利]一种应用于电力设备测温的光纤光栅解调仪

说明书

 

技术领域

本发明涉及一种应用于电力设备测温的光纤光栅解调仪。

 

背景技术

自从1978年，加拿大通信研究中心的K．0．Hill和他的同事首先发现光纤光敏性，并且采用驻波写入法获得自感应光栅，1989年Morey首次将光纤Bragg光栅(FBG)用作传感以来，光纤光栅传感器在世界范围内受到了广泛重视，得到了持续快速的发展。光纤Bragg光栅（FBG）是最近几年发展最为迅速的一种新型光纤无源器件。

由于电力系统中的设备大都处在强电磁场中，传统的电类温度传感器易受电磁干扰，无法实现在线精密测量，而红外辐射测温由于不具备扫描功能和仪器本身距离系统的限制存在很大的局限性，且无法直接解决电气设备内部温度的实时监测问题。光纤光栅传感技术作为近年来发展起来的一门崭新的技术，具有抗电磁干扰能力强、体积小巧、精度高、易安装、组网方便、耐久性好等优点，已成为近年来研究的热点，并已广泛应用于发电厂、变电站、配电房等场合。

光纤光栅传感器的基本工作原理是利用光纤光栅的反射或透射峰的波长与光栅的折射率调制周期以及纤芯折射率有关，而外界温度或应变的变化会影响光纤光栅的折射率调制周期和纤芯折射率，从而引起光纤光栅的反射或透射峰波长的变化。因此因而如何准确地检测出光纤光栅反射波长的微小偏移量是光纤光栅传感器实用化的关键技术。目前的光纤光栅解调技术主要有以下几种方式：

1 光谱仪检测法

光谱仪检测法是利用光谱仪中的CCD探测器监测传感光栅反射光中不同波长的光强分布，当光波长发生偏移时，光强分布会随之改变，依此计算相应的波长偏移量。此方法最传统最直接且结构简单，但高分辨率的光谱分析仪价格昂贵、体积较庞大，受此限制光谱仪监测法多在实验室使用，少用于实地测量。

2 边缘滤波法

利用波分耦合器在一定波长范围内耦合器的效率和波长大致呈线性关系这一特性，宽带光源输出的光信号经由传感光栅反射后进入到波分耦合器中，耦合器的输出光经光电探测器转换成为电信号，并经相应处理消除光功率变化的影响后，即可得到波长变化量。该方法尽管电路简单，但测量分辨率比较低。

3 可调匹配光栅滤波法

匹配光栅滤波法需要传感光栅和参考光栅两个参数完全相同的光纤光栅。参考光栅贴在PZT压电陶瓷片上，在驱动元件的作用下输出控制电压，驱动PZT来跟踪传感光栅的波长变化，使得参考光栅和传感光栅的反射波长在某个时刻一致，完成传感光栅信号的解调。

匹配光栅法结构简单、信噪比高可以得到较高分辨率，但该方法要求参考光栅和传感光栅严格匹配，且传感光栅的测量范围受限于参考光栅应变量没，同事由于压电陶瓷响应速度有限，因此该方法对于频率较高的物理量测量功能有限，只能用于测量静态或低频变化的物理量。

4 可调波长激光器法

可调波长激光器的布拉格光纤光栅传感器系统的输入光源为可调波长激光器，当激光器的输出波长发生连续性改变时，如果激光器输出的窄带光的中心波长与FBG的布拉格波长匹配时，探测器探测到的光强极大值即为光纤光栅的布拉格波长。可调波长激光器的特性决定了可调波长激光器的分辨率，测量速度及测量范围等参数。由各种测量经验可知，采用可调波长激光器法对光纤光栅布拉格波长进行测量，其精度为0.1%-0.2%自由光谱区FSR。

可调波长激光器的优点是探测信号具有较高的信噪比，较高的输出功率，较窄的激光光谱带宽，可实现多个光纤光栅的复用。但是较高的价格限制了可调谐波长激光器的使用。从而使其只能应用在具有较高要求的场合。

5 非平衡M-Z干涉解调法

非平衡干涉法是采用非平衡干涉仪把传感光栅的波长参量转变成相位参量，通过检测干涉仪输出信号实现波长检测可提高检测灵敏度。

该方法可提供宽带宽、高分辨率的解调能力，可用于测量动态应变，但这种方法只能结合时分复用技术实现多个光栅的波长移位检测，不适用于波分复用系统，且检测相位参量系统的复杂度、技术难度较高。

 

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种应用于电力设备测温的光纤光栅解调仪，其抗干扰能力强，性能稳定，精度高，反应速度快，降低噪音的同时也降低了生产成本。

本发明为达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：