An in-situ on-line monitoring device for faulty gas in transformer oil based on an optical fiber FP resonator includes a laser unit, an optical fiber coupling unit, an optical fiber FP resonator, a spatial filtering unit and a spectral acquisition unit; the laser unit is used to provide the light source needed for detection; the optical fiber coupling unit is used to realize laser coupling into the optical fiber FP resonator and improve the coupling efficiency; The fiber FP resonator is used to realize in-situ Raman detection of faulty gas in transformer oil and to enhance the intensity of Raman scattering signal; the spatial filtering unit is used to realize spatial filtering and improve the signal-to-noise ratio of Raman scattering signal; and the signal acquisition unit is used for Raman signal acquisition and detection. The invention can realize in-situ detection of faulty gas in transformer oil, and enhance Raman scattering collection angle and laser power through an optical fiber FP resonator to enhance the intensity of Raman scattering signal.
【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置
本专利技术属于电力设备绝缘在线监测与故障诊断领域,具体涉及一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体在线监测装置。
技术介绍
大型油浸式电力变压器是电力系统的核心部件,其安全稳定运行直接影响电网的安全可靠。运行电力变压器在发生故障及老化过程中,其油纸绝缘系统会发生裂解并产生各种反映故障类型和老化程度的特征气体(如H2、CO、CO2、CH4、C2H6、C2H4、C2H2等),这些特征气体溶解于绝缘油中。准确检测变压器油中溶解故障及老化程度的特征气体是实现其早期潜伏性故障诊断的关键。目前常用的气相色谱法、质谱法、化学传感器法、红外吸收光谱法和光声光谱法等气体检测方法存在色谱柱易老化、混合气体交叉敏感、稳定性低等问题,且无法实现油中气体原位检测,不能满足电气设备长期稳定在线监测需求。拉曼光谱法利用单一波长激光同时实现混合气体直接检测,无需组分分离,抗老化能力强,且不消耗、不损坏样品,选择性和灵敏度高。但受限于极低的气体拉曼散射强度,导致气体最小检测浓度不能满足实际需求。提高激光功率和拉曼散射光收集效率,可有效提高气体拉曼散射强度。因此,研究一种用于提高激光功率和拉曼散射光收集效率的方法及装置,同时能够实现油中气体原位检测,对提升电力变压器故障及老化状态在线监测水平,提高电网运行安全、稳定与可靠性具有重大实际意义。
技术实现思路
鉴于此,本专利技术针对现有技术难以实现变压器油中溶解气体原位检测的现状,提出一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,基于表面钻孔的空芯光子带隙光纤,实现特征气体在 ...
【技术保护点】
1.一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:该装置包括激光单元、光纤耦合单元、光纤FP谐振腔、空间滤波单元以及光谱采集单元;所述激光单元用于提供检测所需光源;所述光纤耦合单元用于实现激光耦合进入光纤FP谐振腔并提高耦合效率;所述光纤FP谐振腔用于实现变压器油中故障气体的原位拉曼检测,并提高拉曼信号强度,其包括两段光纤光栅及一段空芯光子带隙光纤;其中,两段光纤光栅熔接于空芯光子带隙光纤两端;空芯光子带隙光纤为以空气孔作为纤芯的光纤,且光纤表面利用飞秒激光器实现纳米级钻孔,孔洞从光纤表面延伸至纤芯;所述空芯光子带隙光纤置于变压器油中,拉曼信号由所述光纤FP谐振腔首端输出;拉曼信号进入所述空间滤波单元后实现空间滤波,提高拉曼信号的信噪比,而后拉曼信号进入所述信号采集单元;所述信号采集单元用于拉曼信号的采集与检测,包括透镜C、透镜位移装置、光谱仪与CCD。
【技术特征摘要】
1.一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:该装置包括激光单元、光纤耦合单元、光纤FP谐振腔、空间滤波单元以及光谱采集单元;所述激光单元用于提供检测所需光源;所述光纤耦合单元用于实现激光耦合进入光纤FP谐振腔并提高耦合效率;所述光纤FP谐振腔用于实现变压器油中故障气体的原位拉曼检测,并提高拉曼信号强度,其包括两段光纤光栅及一段空芯光子带隙光纤;其中,两段光纤光栅熔接于空芯光子带隙光纤两端;空芯光子带隙光纤为以空气孔作为纤芯的光纤,且光纤表面利用飞秒激光器实现纳米级钻孔,孔洞从光纤表面延伸至纤芯;所述空芯光子带隙光纤置于变压器油中,拉曼信号由所述光纤FP谐振腔首端输出;拉曼信号进入所述空间滤波单元后实现空间滤波,提高拉曼信号的信噪比,而后拉曼信号进入所述信号采集单元;所述信号采集单元用于拉曼信号的采集与检测,包括透镜C、透镜位移装置、光谱仪与CCD。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述光纤耦合单元包括耦合器、耦合器调节装置、光纤固定装置、位移平台、光电探测器。3.根据权利要求2所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述耦合器为显微物镜。4.根据权利要求2或3任一项所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述耦合器调节装置为可调镜架。5.根据权利要求2或3任一项所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述光纤固定装置用于夹持光纤谐振腔首端的装置。6.根据权利要求2或3任一项所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述光电探测器用于检测光纤FP谐振腔尾端出射激光的功率,用于反映激光的耦合效率。7.根据权利要求1所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述激光单元包含激光器、激光扩束器、滤镜A。8.根据权利要求7所述的一种基于光纤FP谐振腔的变压器油中故障气体原位在线监测装置,其特征在于:所述激光器为固态激光器,输出波长为532nm,功率1.5W,光斑直径1.5mm。9.根据权利要求7或8任一项所述的一种基于光纤F...
【专利技术属性】
技术研发人员:陈伟根,万福,王品一,周峰,王稼轩,谭亚雄,王有元,杜林,李剑,黄正勇,王飞鹏,周湶,王建新,
申请(专利权)人:重庆大学,
类型:发明
国别省市:重庆,50
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