[发明专利]一种变压器内部光纤磁场传感器

权利要求书

1.一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，具体结构包括磁流体包覆的锥形光纤磁场传感器，有源FBG，光电探测器，光隔离器，980/1550nm滤波片型波分复用器，泵浦光源，采集卡；锥形光纤磁场传感器的输入端接收有源FBG的反射光信号，输出端连接光电转换电路，光电转换电路接收锥形光纤磁场传感器的光信号并转换为电压信号传输至信号采集与检测系统，信号采集与检测系统的输出端与上位机连接，信号采集与检测系统采集光电转换电路输出的电信号，设定电信号存储阈值，储存电信号，自动发射电信号到上位机中；上位机接收信号采集与检测系统的信号进行算法运算。

2.根据权利要求1所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，当变压器高压绕组上端轴向压缩变形时，轴向的磁感性强度减小，且轴向磁感应强度减小的这段路径的长度基本与绕组变形量一致；与此时的高压绕组上端同高度的路径再往下至下端轴向磁感应强度均增大；整体上辐向磁感应强度表现增大，其中与绕组上端同高的路径处变化最为明显。

3.根据权利要求1所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，光电转换电路包括密集波分复用器，光电探测器，采集卡；密集波分复用器用于接收不同波长的待解调光信号，并对不同波长的待解调光信号进行分离，得到n路待解调光信号；光电探测器与待解调光信号按照波长一一对应，并对光信号进行检测区分，得到电信号；采集卡对电信号进行解调，并显示在上位机端。

4.根据权利1要求所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，锥形光纤磁场传感器通过单模光纤连接在光路拓扑中，磁场测量信号由单模光纤进行传输；单模光纤材料为高折射率玻璃纤芯(掺锗二氧化硅)，包层为低折射率硅玻璃包层(纯二氧化硅)，不易与变压器油发生反应；锥形光纤磁场传感器可以置于变压器油中进行磁场测量。

5.根据权利1要求所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，激光源为泵浦激光源，可以激发有源FBG，有源FBG反射回1550nm左右的光进入锥形光纤中，并且泵浦光源的工作波长和工作频率与探测器检测的频率和波长相匹配。

6.根据权利1要求所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，波分复用器为980/1550nm滤波片型波分复用器，用于接收有源FBG的反射回的1550nm左右的光信号，并传输给密集波分复用器；拓扑图中采用了光隔离器，可以防止光路中由于各种原因产生的后向传输光对光源以及光路系统产生的不良影响。

7.根据权利1要求所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，变压器内部安装了多个锥形光纤磁场传感器，每一个磁场传感器都与有源FBG相连接，多个有源FBG可以分别反射回中心波长为1550nm左右的光，反射光进入锥形光纤输入端对周围磁场进行传感。

8.根据权利要求1所述的一种变压器内部光纤磁场传感器，其特征在于，锥形光纤磁场传感器包括锥形光纤，磁流体，毛细玻璃管，紫外胶；

进一步地，锥形光纤的锥区结构有特定的要求，锥区过渡均匀，锥角为45°—60°，锥区直径要求为8—12微米之间，锥区长度为5毫米；毛细玻璃管预设长度为4厘米，内径为500毫米，毛细玻璃管材料为二氧化硅；紫外固化胶为丙烯酸酯类胶粘剂，都具有高度的稳定性，在变压器油中不发生溶解和相关化学反应。

9.根据权利8要求所述磁流体包覆的锥形光纤磁场传感器，其特征在于，磁流体为水基磁流体，磁性粒子为四氧化三铁，载液为去离子水；要求磁流体的折射率小于1.444，且磁流体中的磁性粒子均匀分布在载液中，在自然状态下不发生粒子聚集的现象；

进一步地，所述磁流体具有磁场折射率可调谐特性；磁流体包覆的锥形光纤在检测磁场时，磁流体中磁粉粒子在磁场的作用下，会受到磁力产生定向排布，使所述磁流体的折射率改变。

10.根据权利要求8所述的磁流体包覆的锥形光纤磁场传感器，其特征在于，制备方法较为简单，锥形区域是以单模光纤为结构基础制成，具体制备步骤为：将光纤中一段直接剥去涂覆层，然后将光纤的入射端和出射端抻直放置在夹持器的两端，再用丁烷火焰发生器将剥覆层额光纤加热至熔融状态，在步进电机的作用下，中间段光纤被拉制成锥区；整个过程操作简单，通过控制步进电机的移动距离和速度，容易控制锥形光纤的锥区直径和锥腰长度等结构参数。