CN111537120A - 一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，所述光纤光栅传感器包括内部用于压力测量的传感器封装区和外部用于屏蔽其它方向受力的屏蔽区；其中，内部用于压力测量的传感器封装区包括用于进行轴向压力测量的第一光栅、用于进行温度补偿的第二光栅、耐油聚合物制成的增敏元件以及用于传输信号的石英光纤；外部用于屏蔽其它方向受力的屏蔽区包括用于屏蔽无关压力的屏蔽壳以及内外连接点；所述封装区与屏蔽区之间留有间隙，可供变压器油在其中自由流动。采用本发明所提供的光纤光栅传感器能够在测量压力的同时进行了温度补偿，提高压力测量准确性。
Description
技术领域
本发明涉及电力变压器内部压力监测领域，特别是涉及一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器。
背景技术
电力变压器内部压力监测装置能够监测电力变压器内部压力，常见的压力传感器包括金属膜片式压力传感器以及一般聚合物封装的压力传感器。由于传感器内部复杂的电磁环境，金属膜片式压力传感器直接放于内部会产生放电等现象，干扰变压器的正常工作；一般聚合物封装的压力传感器虽然不会出现放电等现象，但由于缺少温度补偿手段，导致其在温度梯度较大的环境中进行压力测量时，温度变化引起的光纤中心波长的变化无法忽略，同时其内部聚合物与外部屏蔽壳紧密接触，当处于变压器高温油浸环境中时，聚合物会受热膨胀，彼此相互挤压也会导致测量不均匀，测量准确性低。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，以解决现有的压力传感器测量不均匀，测量准确性低的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，包括：屏蔽区以及封装区；
所述封装区设于所述屏蔽区内部，所述封装区与所述屏蔽区之间留有缝隙；所述缝隙用于变压器油的流动；
所述封装区内包括第一光栅、第二光栅以及增敏元件；所述第一光栅沿所述增敏元件的轴向封装，所述第一光栅的末端从所述增敏元件的底部穿出；第二光栅沿所述增敏元件的横向封装，所述第二光栅的末端从所述增敏元件的侧面穿出；所述第一光栅与所述第二光栅相互垂直；所述第一光栅用于轴向压力测量；所述第二光栅用于温度补偿；通过对比所述第一光栅以及所述第二光栅中心波长的漂移量，实现在进行压力测量的同时进行温度补偿。
可选的，所述封装区还包括：石英光纤；
所述石英光纤分别与所述第一光栅的末端以及所述第二光栅的末端相连接；所述石英光纤用于传输信号。
可选的，所述屏蔽区具体包括：屏蔽壳以及多个内外连接点；
所述屏蔽壳为开口的圆柱体外壳；多个所述内外连接点均布在所述屏蔽壳的内表面；所述内外连接点与所述增敏元件相连接；
所述屏蔽壳的底部设有中心孔；所述第一光栅的末端从所述增敏元件的底部穿出，并通过所述中心孔与外部解调设备相连接；所述第二光栅的末端从所述增敏元件的侧面穿出，围绕所述增敏元件的外表面至所述中心孔，通过所述中心孔与所述外部解调设备相连接。
可选的，所述内外连接点为立方体，所述内外连接点位于所述屏蔽壳的轴向距开口端面的2/3位置处。
可选的，所述第一光栅与所述第二光栅的温度灵敏度系数相同。
可选的，所述增敏元件为圆柱体，半径为5mm，长30mm，远离所述屏蔽壳开口端面的一面为所述增敏元件的底部，所述增敏元件的底部的面为测量面。
可选的，所述增敏元件由耐油聚合物制成；所述耐油聚合物为氟硅橡胶、丁腈橡胶或低于介电常数阈值的聚氨酯复合材料。
可选的，所述增敏元件的介电常数与所述变压器油的介电常数的相似度小于相似度阈值。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明提供了一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，相比于金属膜片式压力传感器，该传感器整体无金属部件，可放置于变压器内部进行箱体内任意位置的压力测量；相对于一般聚合物封装的压力传感器来说，使用双光栅垂直封装的方法在测量压力的同时进行了温度补偿，提高了测量的准确性。
同时，本发明中第一光栅和第二光栅的光纤参数相同，避免了传统双参量测量法要求使用两根中心波长相差较大的光纤光栅的苛刻要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器表面结构图；
图2为本发明所提供的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器的透视图；
图3为本发明所提供的封装区结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，避免了温度变化引起的光纤中心波长的变化，实现在测量压力的同时进行了温度补偿，从而提高了测量的准确性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1-2所示，一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，包括：内部用于压力测量的传感器封装区2和外部用于屏蔽其它方向受力的屏蔽区1；其中，内部用于压力测量的传感器封装区2包括用于进行轴向压力测量的第一光栅3、用于进行温度补偿的第二光栅4、耐油聚合物制成的增敏元件5以及用于传输信号的石英光纤6；外部用于屏蔽其它方向受力的屏蔽区1包括用于屏蔽无关压力的屏蔽壳7以及内外连接点8；所述封装区2与屏蔽区1之间留有间隙，可供变压器油在其中自由流动。
在实际应用中，如图3所示，第一光栅3在聚合物中沿轴向封装，用于测量受力面感受到的油体压力；第二光栅4与第一光栅3的温度灵敏度系数基本相同，与第一光栅3近距离垂直封装于聚合物中，在测量时通过对比两根光纤光栅中心波长的漂移量，即可使传感器在进行压力测量的同时进行温度补偿。
第一光栅3的末端在封装时直接从增敏元件5中穿出，通过屏蔽壳7中心的小孔与外部解调设备相连，第二光栅4由于是沿径向封装，其末端从增敏元件5侧面穿出后，沿***绕到屏蔽壳7底部的中心小孔，引出第一光栅3以及第二光栅4，与外部解调设备相连。
在实际应用中，耐油聚合物制成的增敏元件5要求具备优异的耐高低温性能和耐油性，同时还具有一般橡胶良好的力学特性，并且有较低的介电常数。
耐油聚合物整体为圆柱体，半径为5mm，长30mm，面向开口的一面为测量面。
聚合物增敏元件5为耐油高弹性模量低介电常数的聚合物材料，优选的，可采用氟硅橡胶、丁腈橡胶或低介电常数聚氨酯复合材料等。
在实际应用中，末端石英光纤6起传输信号作用，采用熔接的方式与两光纤光栅进行连接。
在实际应用中，屏蔽无关压力的屏蔽壳7为圆柱体外壳，壳厚度为3mm，一端开口，开口侧用于使内部增敏元件5端面感受油体压力。
屏蔽壳7与增敏元件增敏元件5之间留有间隙，其尺寸大约为聚合物直径的10％～20％，即0.5mm～1mm，用于为二者在高温油体中受热膨胀提供空间，提高测量的准确性。
屏蔽壳7与增敏元件增敏元件5之间的间隙用连接点8相连；连接点8为四个小立方体，材料与屏蔽板使用的材料相同。
在制作屏蔽区1模具时将屏蔽壳7与连接点8连接，连接点8位于整个传感器轴向距端面2/3位置处，之后将增敏元件5夹在连接点之间即完成了传感器的封装。
屏蔽区1采用硬质聚合物，优选的，可采用硬质环氧树脂，介电常数为3～4，是变压器中得到广泛使用的聚合物材料。
屏蔽区1与增敏元件5所采用的材料不含金属成分，且二者的介电常数与变压器油的介电常数接近，可用于电力变压器内部进行压力测量。
本发明所提供的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器可安装于变压器内部实现压力测量，同时利用两根光纤光栅交叉封装的方式实现了聚合物填充式压力传感器的温度补偿。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，包括：屏蔽区以及封装区；
所述封装区设于所述屏蔽区内部，所述封装区与所述屏蔽区之间留有缝隙；所述缝隙用于变压器油的流动；
所述封装区内包括第一光栅、第二光栅以及增敏元件；所述第一光栅沿所述增敏元件的轴向封装，所述第一光栅的末端从所述增敏元件的底部穿出；第二光栅沿所述增敏元件的横向封装，所述第二光栅的末端从所述增敏元件的侧面穿出；所述第一光栅与所述第二光栅相互垂直；所述第一光栅用于轴向压力测量；所述第二光栅用于温度补偿；通过对比所述第一光栅以及所述第二光栅中心波长的漂移量，实现在进行压力测量的同时进行温度补偿。
2.根据权利要求1所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述封装区还包括：石英光纤；
所述石英光纤分别与所述第一光栅的末端以及所述第二光栅的末端相连接；所述石英光纤用于传输信号。
3.根据权利要求2所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述屏蔽区具体包括：屏蔽壳以及多个内外连接点；
所述屏蔽壳为开口的圆柱体外壳；多个所述内外连接点均布在所述屏蔽壳的内表面；所述内外连接点与所述增敏元件相连接；
所述屏蔽壳的底部设有中心孔；所述第一光栅的末端从所述增敏元件的底部穿出，并通过所述中心孔与外部解调设备相连接；所述第二光栅的末端从所述增敏元件的侧面穿出，围绕所述增敏元件的外表面至所述中心孔，通过所述中心孔与所述外部解调设备相连接。
4.根据权利要求3所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述内外连接点为立方体，所述内外连接点位于所述屏蔽壳的轴向距开口端面的2/3位置处。
5.根据权利要求4所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述第一光栅与所述第二光栅的温度灵敏度系数相同。
6.根据权利要求5所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述增敏元件为圆柱体，半径为5mm，长30mm，远离所述屏蔽壳开口端面的一面为所述增敏元件的底部，所述增敏元件的底部的面为测量面。
7.根据权利要求6所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述增敏元件由耐油聚合物制成；所述耐油聚合物为氟硅橡胶、丁腈橡胶或低于介电常数阈值的聚氨酯复合材料。
8.根据权利要求7所述的用于电力变压器内部压力监测的光纤光栅传感器，其特征在于，所述增敏元件的介电常数与所述变压器油的介电常数的相似度小于相似度阈值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200814 |