CN105222883A - 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 - Google Patents
膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105222883A CN105222883A CN201510702826.7A CN201510702826A CN105222883A CN 105222883 A CN105222883 A CN 105222883A CN 201510702826 A CN201510702826 A CN 201510702826A CN 105222883 A CN105222883 A CN 105222883A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- reflectance coating
- sensor
- diaphragm
- fiber stub
- fiber
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 53
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 25
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 62
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 62
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 10
- 230000004044 response Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 6
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明公开了一种膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，它包括支撑套筒、光纤插芯安装件、通过光纤插芯安装件设置在支撑套筒内的光纤插芯、设置在光纤插芯光纤安装孔内的光纤，光纤插芯的前端镀有第一反射膜，光纤插芯前端的第一反射膜位于支撑套筒内部，支撑套筒的前端固定有第二反射膜，第二反射膜与第一反射膜具有相同的反射率，第二反射膜与镀有第一反射膜的光纤插芯组成法珀腔。本发明使非本征法-珀传感器在采用更薄膜片的同时获得更高的响应频率，提高局放传感器检测灵敏度，并且该探头的制作工艺简单易于实验研究阶段进行传感器试制。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感器技术领域，具体地指一种膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头。
背景技术
大型电力设备在线局部放电监测一直是困扰电力运营单位的困难问题，多年来学者和工业界工程师尝试采用不同方式解决该问题。其中依靠检测局放诱发超声波信号方法一直受到关注，传统局放超声波检测以压电陶瓷传感器为主，但因其受检测现场强电磁环境干扰严重等原因限制，也未能广泛应用与工业现场。近三十年随着光纤传感器技术的发展，广大研究者发现膜片耦合式非本征光纤法-珀超声波传感器有望用于解决液固复合绝缘中的局放声波在线监测。非本征光纤法-珀超声波传感器可利用镀有反射膜的光纤插芯与膜片制成法-珀传感器探头。局放检测传感器要求具有较高静压灵敏度，同时要求具有较高响应频率，而光纤插芯直径为2.5mm，直接采用支撑结构构造的法-珀探头往往需要较厚的膜片，而较厚膜片会降低传感器静压灵敏度。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，该探头可以使非本征法-珀传感器在采用更薄膜片的同时获得更高的响应频率，提高局放传感器检测灵敏度，并且该探头的制作工艺简单易于实验研究阶段进行传感器试制。
为实现此目的，本发明所设计的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，它包括支撑套筒、光纤插芯安装件、通过光纤插芯安装件设置在支撑套筒内的光纤插芯、设置在光纤插芯光纤安装孔内的光纤，所述光纤插芯的前端镀有第一反射膜，光纤插芯前端的第一反射膜位于支撑套筒内部，其特征在于：所述支撑套筒的前端固定有第二反射膜，所述第二反射膜与第一反射膜具有相同的反射率，所述第二反射膜与镀有第一反射膜的光纤插芯组成法珀腔，所述第二反射膜与第一反射膜之间的距离范围为175～185微米。
所述第一反射膜和第二反射膜的反射率均为50％。
所述第一反射膜和第二反射膜均为石英膜片。
所述第一反射膜和第二反射膜的厚度相等，均为35～45微米。
所述第二反射膜通过约束圆环固定在支撑套筒的前端。
所述约束圆环的厚度范围为0.5～0.9mm。
本发明的有益效果：
石英膜片随厚度的增大和约束半径的减小，其固有频率增大、灵敏度降低，本发明通过上述非本征法-珀传感器中夹层结构的设计，使采用较薄石英膜片时传感器能获得更高的一阶固有响应频率，从而提高法-珀传感器对具有较高频率的局放声发射信号的检测灵敏度。并且该探头的制作工艺简单，易于实验研究阶段进行传感器试制。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为采用本发明探头的传感器的局放检测结果图；
图3为传统的改变膜片厚度方式制作探头的传感器的局放检测结果图；
图4为未采用本发明结构的传感器膜片的固有频率云图；
图5为未采用发明结构的传感器膜片形变云图；
图6为采用发明结构的传感器膜片的固有频率云图；
图7为采用发明结构的传感器膜片形变云图；
其中，1—支撑套筒、2—光纤插芯安装件、3—光纤插芯、4—光纤、5—第一反射膜、6—第二反射膜、7—约束圆环。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
本发明的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，如图1所示，它包括支撑套筒1、光纤插芯安装件2、通过光纤插芯安装件2设置在支撑套筒1内的光纤插芯3、设置在光纤插芯3光纤安装孔内的光纤4，所述光纤插芯3的前端镀有第一反射膜5，光纤插芯3前端的第一反射膜5位于支撑套筒1内部，所述支撑套筒1的前端固定有第二反射膜6，所述第二反射膜6与第一反射膜5具有相同的反射率，从而获得具有更大线性调制区的传感器工作曲线，所述第二反射膜6与镀有第一反射膜5的光纤插芯3组成法珀腔，所述第二反射膜6与第一反射膜5之间的距离范围为175～185微米，优选为180微米。
上述技术方案中，所述第一反射膜5和第二反射膜6的反射率均为50％。50％的反射率可获得较大的被测信号调制区，保证了灵敏度。
上述技术方案中，所述第一反射膜5和第二反射膜6均为石英膜片。石英膜片在工业领域便于加工和获得。
上述技术方案中，所述第一反射膜5和第二反射膜6的厚度相等，均为35～45微米，优选为40微米。该厚度范围能保证探头的灵敏度。
上述技术方案中，所述第二反射膜6通过约束圆环7固定在支撑套筒1的前端。所述约束圆环7的厚度范围为0.5～0.9mm，优选为0.8mm。上述约束圆环7能使本发明获得较高响应频率(根据弹性力学膜片振动理论，增设小尺寸约束圆环7可提高响应频率)。
上述技术方案中，所述支撑套筒1、光纤插芯安装件2、光纤插芯3、第一反射膜5和第二反射膜6均为同轴设置。上述同轴设置的形式能提高光束的耦合效率。
为评价采用本发明传感器探头响应频率的改进效果，利用计算机有限元分析方法计算膜片固有频率和标准应力作用下膜片形变。图4是未采用本发明结构的传感器膜片的固有频率云图，图5是未采用发明结构的传感器膜片形变云图，从图4和图5中可以看出未采用发明结构的传感器膜片的一阶固有频率为110kHz，膜片中心位移为0.386×10-10m/Pa；图6是采用发明结构的传感器膜片的固有频率云图，图7是采用发明结构的传感器膜片形变云图，从图6和图7中可以看出采用发明结构的传感器膜片的一阶固有频率为224kHz，膜片中心位移为0.122×10-10m/Pa。由此可见本发明可以获得更高的一阶固有响应频率，从而提高法-珀传感器对局放声发射信号的检测灵敏度。
为了进一步的验证本发明的效果，设计如下检测实验，利用板—板电极作为局放源，对于相同放电量的局放声信号分别利用具有相同固有频率的传感器A和传感器B进行检测，其中传感器A的探头采用本发明的结构，传感器B未采用本发明的结构而通过传统的改变膜片厚度方式制作，图2为传感器A局放声发射信号检测结果，图3为传感器B局放声发射信号检测结果。传感器A和传感器B对相同放电源的检测结果表明，传感器A的输出幅值高于传感器B的输出幅值，本发明采用的夹层结构设计提高了传感器局放检测灵敏度。
本发明的工作原理为：本发明主要目的是提出一种具有夹层结构的膜片耦合式的非本征光纤法-珀传感器。局放诱发超声波信号经液体介质传播到达传感器探头处驱动石英膜片振动，传感器的反射光谱随膜片振动产生相位偏移，而光谱的移动大小和频率与被测超声波信号的强度和频率呈正相关，即可实现被测信号的探测。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (8)
1.一种膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，它包括支撑套筒(1)、光纤插芯安装件(2)、通过光纤插芯安装件(2)设置在支撑套筒(1)内的光纤插芯(3)、设置在光纤插芯(3)光纤安装孔内的光纤(4)，所述光纤插芯(3)的前端镀有第一反射膜(5)，光纤插芯(3)前端的第一反射膜(5)位于支撑套筒(1)内部，其特征在于：所述支撑套筒(1)的前端固定有第二反射膜(6)，所述第二反射膜(6)与第一反射膜(5)具有相同的反射率，所述第二反射膜(6)与镀有第一反射膜(5)的光纤插芯(3)组成法珀腔。
2.根据权利要求1所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述第二反射膜(6)与第一反射膜(5)之间的距离范围为175～185微米。
3.根据权利要求1所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述第一反射膜(5)和第二反射膜(6)的反射率均为50％。
4.根据权利要求1或2或3所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述第一反射膜(5)和第二反射膜(6)均为石英膜片。
5.根据权利要求4所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述第一反射膜(5)和第二反射膜(6)的厚度相等，均为35～45微米。
6.根据权利要求1所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述第二反射膜(6)通过约束圆环(7)固定在支撑套筒(1)的前端。
7.根据权利要求6所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述约束圆环(7)的厚度范围为0.5～0.9mm。
8.根据权利要求1所述的膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头，其特征在于：所述支撑套筒(1)、光纤插芯安装件(2)、光纤插芯(3)、第一反射膜(5)和第二反射膜(6)均为同轴设置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510702826.7A CN105222883B (zh) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510702826.7A CN105222883B (zh) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105222883A true CN105222883A (zh) | 2016-01-06 |
| CN105222883B CN105222883B (zh) | 2018-03-27 |
Family
ID=54991962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510702826.7A Active CN105222883B (zh) | 2015-10-26 | 2015-10-26 | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105222883B (zh) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105675114A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 杨志强 | 一种光纤efpi超声波传感器 |
| CN105737966A (zh) * | 2016-04-16 | 2016-07-06 | 西北大学 | 法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器 |
| CN106644039A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种光纤微型水听器 |
| CN106959153A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 杨志强 | 温度自补偿型光纤efpi超声波传感器的制作方法 |
| CN107942215A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 哈尔滨理工大学 | 外置贴合式非本征法布里珀罗光纤传感器及测试平台 |
| CN108181515A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-06-19 | 黄辉 | 一种光纤电磁传感器及其制备方法 |
| CN109709453A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-03 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种紫外光超声波复合电弧放电检测*** |
| CN110057439A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-07-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于f-p干涉的低谐振偏心光纤声敏传感装置 |
| CN113884841A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-04 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种膜片式局部放电传感器及其制作方法 |
| CN117723917A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 国网山西省电力公司太原供电公司 | 基于光纤非本征法珀型超声波传感器的监测应用方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01316616A (ja) * | 1988-06-17 | 1989-12-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ファブリ・ペロ−干渉型光センサの動作点の制御装置および該制御装置を用いた光センサ |
| US20040071383A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-04-15 | Balakumar Balachandran | Fiber tip based sensor system for acoustic measurements |
| EP2354772A1 (en) * | 2010-01-08 | 2011-08-10 | Mitutoyo Corporation | Optical fiber type vibration meter and vibration detection method |
| CN103234620A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-07 | 哈尔滨理工大学 | 非本征型光纤法珀声发射传感器和含有该传感器的超声波检测装置及其使用方法 |
| CN103557929A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种基于石墨烯膜的光纤法珀声压传感器制作方法及其测量方法、装置 |
| CN205066926U (zh) * | 2015-10-26 | 2016-03-02 | 国家电网公司 | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 |
-
2015
- 2015-10-26 CN CN201510702826.7A patent/CN105222883B/zh active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01316616A (ja) * | 1988-06-17 | 1989-12-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | ファブリ・ペロ−干渉型光センサの動作点の制御装置および該制御装置を用いた光センサ |
| US20040071383A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-04-15 | Balakumar Balachandran | Fiber tip based sensor system for acoustic measurements |
| EP2354772A1 (en) * | 2010-01-08 | 2011-08-10 | Mitutoyo Corporation | Optical fiber type vibration meter and vibration detection method |
| CN103234620A (zh) * | 2013-04-28 | 2013-08-07 | 哈尔滨理工大学 | 非本征型光纤法珀声发射传感器和含有该传感器的超声波检测装置及其使用方法 |
| CN103557929A (zh) * | 2013-11-14 | 2014-02-05 | 北京航空航天大学 | 一种基于石墨烯膜的光纤法珀声压传感器制作方法及其测量方法、装置 |
| CN205066926U (zh) * | 2015-10-26 | 2016-03-02 | 国家电网公司 | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105675114A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-06-15 | 杨志强 | 一种光纤efpi超声波传感器 |
| CN106959153A (zh) * | 2016-01-08 | 2017-07-18 | 杨志强 | 温度自补偿型光纤efpi超声波传感器的制作方法 |
| CN105737966A (zh) * | 2016-04-16 | 2016-07-06 | 西北大学 | 法布里-珀罗腔金箔光纤超声波传感器 |
| CN106644039A (zh) * | 2017-01-20 | 2017-05-10 | 哈尔滨工业大学 | 一种光纤微型水听器 |
| CN108181515A (zh) * | 2017-11-10 | 2018-06-19 | 黄辉 | 一种光纤电磁传感器及其制备方法 |
| CN108181515B (zh) * | 2017-11-10 | 2020-07-21 | 黄辉 | 一种光纤电磁传感器及其制备方法 |
| CN107942215A (zh) * | 2017-12-20 | 2018-04-20 | 哈尔滨理工大学 | 外置贴合式非本征法布里珀罗光纤传感器及测试平台 |
| CN109709453A (zh) * | 2018-12-27 | 2019-05-03 | 广东电网有限责任公司佛山供电局 | 一种紫外光超声波复合电弧放电检测*** |
| CN110057439A (zh) * | 2019-05-15 | 2019-07-26 | 北京航空航天大学 | 一种基于f-p干涉的低谐振偏心光纤声敏传感装置 |
| CN113884841A (zh) * | 2021-11-05 | 2022-01-04 | 全球能源互联网研究院有限公司 | 一种膜片式局部放电传感器及其制作方法 |
| CN117723917A (zh) * | 2024-02-07 | 2024-03-19 | 国网山西省电力公司太原供电公司 | 基于光纤非本征法珀型超声波传感器的监测应用方法 |
| CN117723917B (zh) * | 2024-02-07 | 2024-05-03 | 国网山西省电力公司太原供电公司 | 基于光纤非本征法珀型超声波传感器的监测应用方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105222883B (zh) | 2018-03-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105222883A (zh) | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 | |
| CN201892569U (zh) | 基于mmf-tfbg光纤结构的高灵敏低频振动传感器 | |
| CN101762318B (zh) | 光纤非本征法布里-珀罗干涉超声传感检测装置 | |
| CN102426198B (zh) | 一种基于匹配型光纤布拉格光栅的声发射信号传感*** | |
| CN103528665A (zh) | 一种新型法布里-帕罗干涉型mems声波传感器 | |
| CN105021271B (zh) | 一种光纤efpi次声波传感器及次声信号探测*** | |
| CN203163913U (zh) | 具有温度补偿的膜片型光纤光栅压力传感器 | |
| CN205066926U (zh) | 膜片耦合式非本征光纤法布里珀罗传感器探头 | |
| CN102353441A (zh) | 小型自适应光纤超声传感器 | |
| CN203551100U (zh) | 一种新型法布里-帕罗干涉型mems声波传感器 | |
| CN106289504A (zh) | 一种光纤法珀声波探头装置及其制作方法 | |
| CN109945965A (zh) | 光纤efpi超声波传感器用支撑梁臂式敏感膜片 | |
| CN105424163A (zh) | 间接耦合锥形光纤光栅超声传感器 | |
| CN108489597A (zh) | 一种基于空芯光子晶体光纤的声波检测装置及方法 | |
| CN104360254A (zh) | 用于电网电气设备局部放电检测的光纤布喇格光栅超声波检测***和检测方法 | |
| CN102065365B (zh) | 硅微复合薄膜芯片的制造方法及采用该硅微复合薄膜芯片的光纤声压传感器 | |
| CN103076082A (zh) | 基于单模-多模-单模光纤模间干涉振动、应力传感装置 | |
| CN209055632U (zh) | 一种用于监测液固复合绝缘电力设备局部放电的空间全角度超声波光纤法-珀传感器 | |
| CN109374112B (zh) | 光纤二维振动传感器及其制作方法 | |
| CN109188219A (zh) | 内置式gis用局部放电超声波与光脉冲联合检测***及方法 | |
| CN108871697A (zh) | 一种全光纤结构的气体泄露检测装置 | |
| CN202267485U (zh) | 小型自适应光纤超声传感器 | |
| CN105277269A (zh) | 一种相移光纤光栅探针及其制作方法 | |
| CN108426630A (zh) | 一种双迈克尔逊干涉式测声传感器 | |
| CN104913839B (zh) | 一种基于光纤m‑z干涉仪的波动传感器 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |