【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种基于迈克尔逊干涉仪的温度、压力自适应型膜片式efpi传感器(extrinsic fiber fabry-perot interferometer sensor的缩写，非本征光纤法布里-珀罗干涉仪传感器)，及应用该传感器的局放超声信号检测系统，属于传感器领域。
技术介绍
1、电力变压器中局部放电是危害绝缘安全的主要原因，极易引起运行事故造成巨大的经济损失，因此对局部放电现象的检测就显得尤为重要。通常情况下，局部放电现象的发生伴随有声、光、电及化学反应等现象，其中对局放超声信号的检测具有较高的实时性以及抗干扰性，并能够通过声传感器输出信号对局放点进行快速定位。光纤声波传感器在局放超声信号检测中具有抗电磁干扰能力强及可实现全绝缘结构的独特优势而备受关注，光纤声波传感器中光纤光栅、马赫曾德尔、迈克尔逊、萨格纳克光学传感器由于自身检测解调特性问题，存在检测灵敏度低、结构复杂、体积庞大且易受到温度、低频振动干扰的问题；膜片式法布里珀罗(efpi)传感器随意结构简单、体积小巧、检测灵敏度高，其解调方式主要以波长解调及强度解调为主，并各自存在局限性，其中波长解调技术由于受所需设备的性能限制，为消除环境温度影响，而利用波长解调技术对efpi传感器进行波长解调时，无法实现对高频信号的解调，尤其是超声信号；另一种强度解调方式则过度依赖于传感器干涉光谱的静态工作点，但静态工作点受环境温度及静压力影响十分明显，此时需要不断调整传感器驱动光源工作波长，以实现对传感器静态工作点的追踪，由此造成传感器解调系统过于复杂，且稳定性差，极易导致其完
2、可见，传统efpi传感器受环境温度及静压力变化影响十分明显，在针对局放超声信号进行检测时缺少有效技术手段保证传感器的检测性能稳定。
技术实现思路
1、针对传统efpi传感器受环境温度及静压力变化影响十分明显，在针对局放超声信号进行检测时缺少有效技术手段保证传感器的检测性能稳定问题，本专利技术提供一种自适应型膜片式efpi传感器及局放超声信号检测系统。
2、本专利技术所述自适应型膜片式efpi传感器，包括光纤1、光纤准直镜2、毛细玻璃管3、法珀腔4、声振敏感膜片6和预制相位调节槽8；
3、光纤1和光纤准直镜2共同设置在毛细玻璃管3内部，光纤1输出的光束经过光纤准直镜2准直后输出；
4、声振敏感膜片6采用mems技术加工制备而成，声振敏感膜片6内部制备出法珀腔4，在法珀腔4的腔底中间位置制备预制相位调节槽8；
5、声振敏感膜片6的腔开口侧与毛细玻璃管3的光纤准直镜侧扣合；
6、在预制相位调节槽8的槽底和法珀腔4的腔底镀反射膜5；光纤准直镜2输出的准直光束进入法珀腔4，在法珀腔4的腔底和预制相位调节槽8的槽底反射后形成具有光程差的两道光束，这两道光束通过光纤准直镜2回传至光纤1尾纤端点处进行干涉，干涉光信号经过光纤1回传输出，将输出光束解调来获取声振敏感膜片6受到的局放超声信号。
7、优选地，预制相位调调节8的槽底和法珀腔4的腔底镀的反射膜5为90％反射膜。
8、优选地，法珀腔4腔体侧壁设置有静压力平衡孔7，法珀腔4通过静压力平衡孔7与外界连通。
9、本专利技术还提供另一种技术方案：局放超声信号检测系统，基于所述自适应型膜片式efpi传感器实现，所述检测系统包括efpi传感器、efpi传感器驱动及解调单元和数据采集终端12，所述efpi传感器驱动及解调单元包括一分二耦合器9、激光器10和光电转换器11；
10、efpi传感器置于待测变压器的变压器油中，用于检测局放超声信号；局放超声信号作用于声振敏感膜片6，位于声振敏感膜片6中心区域的预制相位调节槽8槽底对应膜片的变形量为δl1，位于声振敏感膜片6外围区域的法珀腔4腔底对应膜片的变形量为δl2；
11、激光器10发出的光束经过一分二耦合器9进入光纤1，再经准直镜2输出准直光束至法珀腔4；光束经过法珀腔4的腔底和预制相位调节槽8的槽底反射后形成具有光程差的两道光束，且携带膜片变形量信息，这两道光束的光程差导致二者具有相位差，进而通过光纤准直镜2回传至光纤1尾纤端点处进行干涉的干涉光信号强度发生变化，干涉光信号经过光纤1回传输出，经一分二耦合器9输出至光电转换器11，光电转换器11将光信号转换为电信号发送给数据采集终端12，获取声振敏感膜片6受到的局放超声信号。
12、优选地，激光器10选用1550nm驱动光源，保证1550nm驱动光源的工作波长在法珀腔干涉光谱的全反射区间。
13、本专利技术的有益效果：
14、本专利技术利用迈克尔逊及法布里珀罗干涉原理，采用mems加工技术制备具有相位调节凹槽及压力平衡孔的声敏感膜片，结合光纤准直镜建立具有温度、压力自适应型膜片式efpi声发射传感器，通过膜片受迫振动时膜片不同位置扰度不同，造成反射光光程差不相等，使得反射光信号的固定相位差发生变化，最终使得反射光信号干涉强度发射变化，通过光强的变化还原被测超声信号。
15、本专利技术efpi传感器在环境温度发生变化后，法珀腔腔长发生变化，此时入射光束与反射光束光程同时增加或同时减小，其中间光束与外侧光束的光程差并没有出现变化，即其干涉相位并没变化；同时令驱动光源在法珀腔干涉光谱的全反射区间，消除环境温度的动态影响，进而消除环境温度对传感器检测稳定性的影响，提高检测精度。
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1.自适应型膜片式EFPI传感器，其特征在于，包括光纤(1)、光纤准直镜(2)、毛细玻璃管(3)、法珀腔(4)、声振敏感膜片(6)和预制相位调节槽(8)；
2.根据权利要求1所述自适应型膜片式EFPI传感器，其特征在于，预制相位调节槽(8)的槽底和法珀腔(4)的腔底镀的反射膜(5)为90％反射膜。
3.根据权利要求1所述自适应型膜片式EFPI传感器，其特征在于，法珀腔(4)腔体侧壁设置有静压力平衡孔(7)，法珀腔(4)通过静压力平衡孔(7)与外界连通。
4.局放超声信号检测系统，基于权利要求1所述自适应型膜片式EFPI传感器实现，其特征在于，所述检测系统包括EFPI传感器、EFPI传感器驱动及解调单元和数据采集终端(12)，所述EFPI传感器驱动及解调单元包括一分二耦合器(9)、激光器(10)和光电转换器(11)；
5.根据权利要求1所述局放超声信号检测系统，其特征在于，激光器(10)选用1550nm驱动光源，保证1550nm驱动光源的工作波长在法珀腔干涉光谱的全反射区间。
【技术特征摘要】
1.自适应型膜片式efpi传感器，其特征在于，包括光纤(1)、光纤准直镜(2)、毛细玻璃管(3)、法珀腔(4)、声振敏感膜片(6)和预制相位调节槽(8)；
2.根据权利要求1所述自适应型膜片式efpi传感器，其特征在于，预制相位调节槽(8)的槽底和法珀腔(4)的腔底镀的反射膜(5)为90％反射膜。
3.根据权利要求1所述自适应型膜片式efpi传感器，其特征在于，法珀腔(4)腔体侧壁设置有静压力平衡孔(7)，法珀腔(4)通过静压力平衡孔(7)...
【专利技术属性】
技术研发人员：李中原，张健，张航，陈世玉，王磊，许敏虎，刘贺千，梁建权，张朋，杨洪达，张震，贾海峰，赵书琪，刘畅，赵富超，
申请(专利权)人：国网黑龙江省电力有限公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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