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变压器光纤温度传感器的原理

变压器的故障证明是非常昂贵和不方便的,因为它需要有很多时间来替换他们。在破产期间,由于生产线停工。需要一个监测变压器温度的系统。现有的传感器不能用于监测变压器的温度,因为它们是对电信号敏感,会引发火花,因为里面有油变压器冷却线圈。光纤是电惰性的,所以这个系统将被证明是理想的这个申请。模拟光纤结构的研究结果基于微弯的变压器温度传感器评估该传感器的有效性已通过本手稿传达。结果是强度调制和温度的关系图。

现代通信中使用光缆传输信息。光毛细管厚度的玻璃纤维在很远的距离上传导的波。玻璃纤维或光学与标准电信相比,电缆具有显著的技术和经济优势铜导体电缆。

最重要的优势是:

?传输带宽宽;

?不受外部电磁杂散场的干扰;

?非金属电缆无潜在问题;

?光纤电缆薄、轻、灵活。

这些优点是玻璃纤维的特点使信息的光传输不仅对公共电信网络,而且对其他应用领域,如

AS:

?能源供应企业的电信网络;

?有线电视网络电视会议;

工业过程控制;

?互联计算机网络中的数据处理;

?军事用途(高度拦截安全)。

近年来光纤的另一个应用是传感温度。通常这种应用使用塑料包层二氧化硅。对于变压器,不可能使用电接触式传感器,如电阻式温度检测器等,因为它们本身就是电导体增加过热时短路的可能性。此外,它们容易产生电磁波

干扰。

1.2。传感领域的光纤

光纤传感器已经被证明对测量各种各样的物理、化学、生物、生物医学参数由于一些固有的优点与传统的电气和电子传感器相比,它的一些主要优点包括电磁干扰,体积小,重量轻,避免接地回路,能够应对各种测量,避免电火花,抵抗恶劣环境

,远程操作,多路复用能力等等。在过去的二十年中,各种光纤传感器得到了发展。迄今为止开发的大多数光纤传感器可根据其配置为:

1)外源性FoS;

2)固有FoS。

外部fos基本上是光学传感器,大家通过光纤传输(和收集)光信号,而光信号的调制发生在光纤之外。本征fos是“真”光纤

传感器,意味着根据测量结果,光的调制发生在光纤内部参数。根据工作原理,两个传感器组可以进一步分成两个大的

类别:

1)强度调制fos;

2)相位调制光纤干涉仪。

在强度调制fos中,被测参数在探测器处引起光强变化,即。光强度被调制。强度调制的fos可以在各种本征和外部配置。干涉仪中光学相位受到影响。一般来说,干涉传感器具有超高分辨率、高精度、多功能配置等优点。但是他们具有相对测量、信号处理成本高等缺点。与纤维相反干涉仪,基于强度的器件具有信号解调简单的优点,绝对测量,高频响应。

1.3。微弯传感器

微弯传感器是最早的内置光纤传感器之一。微弯损失一直以来都是电缆设计师的诅咒,但在光学领域也有同样的微弯损耗效应采用微弯效应的微弯传感器设计师开发的纤维测量许多物理参数和物理变量,如温度,压力,位移等微弯传感器的早期兴趣是用于水听器应用。从那以后随着时间的推移,在文献中出现了100多个关于微弯传感器的不同研究,并且传感器已经适应了许多不同的测量应用。简单地说,微弯可以是说明如下:多模光纤波导的机械扰动导致

光功率在光纤中多种模式之间的再分配。机械装置越严重微扰或弯曲,更多的光耦合到辐射模式并被丢失。因此,重要的微弯传感器的特点是它使用多模光纤,它是一种光强度传感器和光强度随机械弯曲而降低。基本设计如图所示上面。波纹板,称为变形板,在测量扰动下挤压光纤从而引起微弯。这会导致熔覆层的导向层和连续层之间的耦合。模式,导致光纤不可逆地泄漏光功率。微弯敏感性果表明,在梯度情况下,变形器的机械周期必须与表达式相匹配为了达到最大的微弯灵敏度,索引光纤,其中a是芯半径,是折射率差。多年来,微弯传感器已被配置用于测量包括压力、温度、加速度、流量、局部应变和速度。微弯传感器阵列已经被用于触觉传感系统和分布式传感中。用于温度、应变、结构监测和水检测的系统。在其中一些地区,原型已经建立和测试,在一些领域,商业产品已经提供。

.4。宏弯传感器

宏弯传感器是另一种强度调制的固有fos(图2)。他们肯定与微弯传感器相似,但两者之间也存在显著差异概念。在宏弯传感器中,通常使用单模光纤,其弯曲度较大直径(通常弯曲半径为几厘米)。普通通信光纤通常对宏观弯曲不够敏感,因此通常需要使用特殊弯曲敏感的单模光纤。这些光纤通常在较低的温度下工作。请考虑下图所示的单模光纤的示意图。在直线上光纤弯曲前的区域,光纤被认为是无损的和横向的功率模式p0仅限于沿纤维轴传播。在半径R和角度Φ的弯曲区域,限制路径假定为圆形。在弯曲处,模态波前将以相速度传播线性依赖于与弯曲曲率中心的径向距离。传播因此,模式β的常数将与1/r成比例。对于波前较大的径向位置当波的角相速度大于特征值rc时,就会产生辐射焦散前面等于传播介质中的光速和阴影尾部pc中的功率波前分离,并以切向路径传播到分离点辐射出去。宏弯传感器可用于类似微弯传感器的应用。

普通光纤微弯传感器的数学模型理想化的通用微弯传感器,夹在一对变形板之间的传感纤维在某种程度上被限制在以周期性∧的规则模式弯曲。变形器对适当环境的响应_,对弯曲的纤维施加f力,使纤维变形x的振幅变化量∏x。光通过弯曲光纤t的传输系数依次为改变了一个量,使之变为3。光纤在干式变压器监测中的作用过热保护系统克服了这些缺点。高压和低压线圈和铁芯都可以防止过热。操作原理基于

光纤传输特性随温度的变化。光学的传感器不会引起任何电磁干扰或影响变压器的运行以任何其他方式。如果光信号注入光纤传感器的一侧,则可以在另一端有一个光学接收器。如果光纤的表面温度升高变形器板响应温度而中断传输。它可以直接感应热点温度,不像传统的传感器。在更高的温度下,光的传输被中断,并且,没有任何信号可以被接收到更多。此状态用于提供过热报警。新开发的过热保护系统(图4)最重要的优点是总结如下:

?绝缘和芯线过热均可在线检测;

?在局部温度升高的情况下,警报可降低烟雾、火灾或绝缘;

?无电磁干扰、地面放电或任何其他环境损害条件;

?在80°C至170°C的范围内进行安全过热检测,在实际操作中得到了很好的尝试;

?成本效益高,易于安装;

?由于智能设计,处理单元能够自我控制,并支撑多个接口,如以及远程访问。

 

因为有证据表明光纤有可能用作光纤温度通过模拟基于微弯和宏弯模拟工具来评估这种传感器的有效性。性能分析

利用Matlab的Simulink工具箱对传感器进行了仿真表征。得出传感器5的优化设计。结果和讨论从普通光纤传输系数的变化表达式通用微弯传感器模型配置及仿真结果如下。随后建立了一个模型,用于传感器在较高温度范围内的应用。0至100 0

发现结果是线性的,但对于仪器来说,斜率太陡获取数据的信号。构建的模型如下所示。测量值图表因为传输常数如下所示,这表明结果是相当线性的。为了校正斜率,进行迭代,以获得适合放大器的增益希望的响应。这实际上可以通过简单地调整传感器级仪表运算放大器的反馈网络。类似地其他温度范围内,增益可以适当地改变,从而得到可测量的范围。该模型的建立有助于温度传感器的有效设计。在不同的温度范围工作的不同类型的应用。仿真结果为6。结论和今后工作的范围本文对光纤传感器的微弯结构进行了仿真研究。并对干式变压器温度传感器进行了优化设计。它已经发现传输常数的测量值图是相当线性的。变压器的持续监测旨在提高可靠性,早期检测问题,降低了维护成本,也延长了它的预期寿命。当前应用仪表不能提供一致性,也不能提供绕组温度指示的准确性。间接测量WTM,即模拟WTM系统的热电偶套管对阶跃响应慢负载变化。变压器老化主要是由绕组温度引起的。更频繁全容量负载表明需要更好地控制绕组温度光纤传感器已经达到了一个可靠的水平,使他们成为这一重要功能的自然选择。AS通过监控长期的渐进式变压器,避免了灾难性故障和紧急停机恶化。对于未来,大家可以使用各种技术,例如:基于纳米技术的、自主的、自我导航的热传感器以及绕组温度算法等技术。而且,成像传感器也可以位于油箱内部。大家也可以利用神经网络和神经模糊在未来的应用。

光纤联系

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