检测光和声波的方法、系统和设备技术方案

本发明专利技术涉及检测光和声波的方法、系统和设备。一种传感器(100)，包括传感器头(102)，传感器头包括声检测器(106)，该声检测器配置成接收来自第一光源(304)的光(114)以及在声波(116)入射时反射光(118)。该传感器还包括至少一光纤(104)和在传感器头和该至少一光纤(104)的至少其中之一内的至少一个荧光材料。该至少一个荧光材料配置成接收来自传感器外的第二光源(326)的光(120)，并响应从第二光源所接收的光来发出可见光(204)。

【技术实现步骤摘要】

本文描述的 实施例一般涉及检测系统，并且更具体地，涉及检测光和声波的方法、系统和设备。
技术介绍
已知的电功率电路和开关设备通常具有由绝缘体(例如，空气或气体或固体电介质)间隔开的导体。但是，如果导体的位置相互离得太近，或者如果导体间的电压超过了导体间绝缘体的绝缘特性，会产生电弧。导体间的绝缘体可能会变得电离化，使得绝缘体导电,产生电弧。由于两个相导体之间、或者相导体和中性导体之间、或者相导体和接地点之间的故障所导致的能量的快速释放引起电弧闪光。电弧闪光温度能够达到或超过20，000°C,S能将导体和相邻的设备汽化。另外，电弧闪光能够以热、强光、压力波、和/或声波的形式释放大量的能量，足以损坏导体和相邻的设备。但是，产生电弧闪光的故障的电流水平通常小于短路时的电流水平，以致于断路器通常不能跳闸或者呈现延迟跳闸，除非该断路器是为处理电弧故障状况专门设计的。虽然存在机构和标准通过强制利用个人防护衣和设备来规范电弧闪光问题，但是还没有通过消除电弧闪光的规范来建立的装置。标准电路保护装置，例如保险丝和断路器，通常不能足够迅速的反应以减轻电弧闪光。一种呈现足够快速响应的已知的电路保护装置为电短路器(crowbar)，其通过利用有意制造电“短路”的机械过程和/或电-机械过程从电弧闪光点处将电能转移出。这种有意的短路故障随后通过跳闸保险丝或断路器来清除。然而，利用短路器制造的有意短路故障可能允许相当水平的电流流过相邻电设备，因而仍会损害该设备。光传感器可用来检测电弧闪光期间发出的光的存在。然而，这样的传感器通常也对低亮度级敏感，以致于也能检测到并非电弧闪光的光并且触发电路保护装置的“损害跳闸”。例如，典型的电弧闪光事件在距离电弧闪光事件三至四英尺处能产生光通量在100，000勒克司(Iux)量级的光，而已知的光传感器大概在7001UX或更小时就饱和了。断路器闸期间发出的光、空间照明发出的光、或者直射阳光发出的光都会使光传感器错误地检测到电弧闪光事件。至少一些已知电弧闪光检测系统采用了特别的通孔图案或适当安置光传感器，以便例如在断路器中断期间释放的光不足以使光传感器饱和。然而，减少断路器中断期间的发光量可能对断路器的性能产生负面影响。因而，需要一种电弧闪光检测系统，其可靠检测电弧闪光事件并减少电路保护装置的不希望的损害跳闸。
技术实现思路
在一个实施例中，提供一种具有传感器头的传感器，传感器头包括配置成从第一光源接收光并在声波入射时反射光的声检测器。该传感器还包括至少一个光纤和在传感器头与该至少一个光纤的至少其中之一内的至少一个荧光材料。该至少一个荧光材料配置成从传感器外的第二光源接收光，并响应从第二光源接收的光来发出可见光。在另一实施例中，提供包括传感器的检测系统。该传感器包括传感器头，该传感器头包括配置成从第一光源接收光并且在声波入射时反射光的声检测器。该传感器还包括至少一个光纤和在传感器头与该至少一个光纤的至少其中之一内的至少一个荧光材料。该至少一个荧光材料配置成从传感器外的第二光源接收光，并响应从第二光源接收的光来发出可见光。该检测系统还包括信号处理装置，该信号处理装置包括处理器，其被编程为接收表示该声检测器反射的光的第一测量，接收表示至少一个荧光材料发出的可见光的第二测量，以及基于接收的可见光和反射的光确定电弧闪光事件的发生。在又一个实施例中，提供一种利用至少一个传感器检测电弧闪光的方法，包括由位于该至少一个传感器内的声检测器接收至少一个声波，以及由于该至少一个声波引起的振动而由声检测器反射光。该方法还包括接收来自该至少一个传感器外的光源的光，将从外部源接收的光转换为可见光，以及基于该反射的光和可见光检测电弧闪光的发生。附图说明图I是供检测电弧闪光使用的示范传感器的截面图。 图2是供检测电弧闪光使用的另一示范传感器的截面图。图3是供检测电弧闪光使用的示范检测系统的框图。图4是示范的电力系统的框图。具体实施例方式图I是可用来检测电弧闪光的示范的传感器100的截面图。在一示范实施例中，传感器100包括传感器头102和至少一个光纤104。传感器头102包括声检测器106，比如膜片106，其位于靠近光纤104的下游端108，该光纤具有光纤芯110和光纤护套112。光束114通过光纤104向下游传递，也就是说，通过光纤芯110，并引导到膜片106上。例如由电弧闪光产生的声波116和/或产生的压缩波引起膜片106振动并使光束114的反射118 (以下称之为“反射的光118”)向上游通过光纤芯110。膜片106的振动使反射的光118的一个或多个特性(比如光118的强度、相位、偏振和/或频率)不同于光束114的特性。本文所采用的术语“下游”指的是朝向光纤104的下游端108并且基本上与光纤104平行的方向。本文所采用的术语“上游”指的是远离光纤104的下游端108并且基本上与光纤104平行的方向。另外，本文使用的“电弧闪光”指的是由于两个导电体之间的故障引起的能量快速释放。该能量快速释放导致在故障附近，例如在传感器100外的环境中，产生声波116和光120。在一备选的实施例中，传感器100包括两个或更多光纤104。在该实施例中，一个光纤104向膜片106传送光束114，另一个光纤104向上游传送反射的光118以进行处理和/或分析，如本文更全面描述的那样。在一示范实施例中，膜片106包括薄膜制成的不透明材料并且设置在伸长型(elongated)位置。在声波116入射时和/或在其它合适的压缩波入射时膜片106振动。为了在操作过程中保护膜片106，膜片106被封装在能够使声波116到达膜片106的保护套122和保护屏124中。光纤夹持器126位于光纤104附近并耦接到光纤104。光纤夹持器126包括配置成将产生于电弧闪光的光散射进入光纤芯Iio的半透明区域128。在一示范实施例中，半透明区域128由荧光材料涂敷，和/或荧光材料在区域128内。相应地，在一示范实施例中，半透明区域128的荧光材料使进入区域128的光120，例如紫外光120，转换为与进入的光120具有不同光谱或波长的可见光。更具体的，荧光材料吸收进入半透明区域128的紫外光120并发出一个或多个可见光波长的光(以下称为“可见光”)朝向光纤芯110或者进入光纤芯110在一个实施例中，在半透明区域128内定义一个或多个开口 130以提高检测来自电弧闪光的光的能力。在一实施例中，开口 130的直径大约在O. 5毫米(mm)到2毫米。备选地，开口 130可具有任何合适的直径以使传感器100具有如本文描述的功能。由电弧闪光产生的光120通过开口 130朝光纤芯110引导。在另一实施例中，保护屏124和膜片106使相当数量的光被引导到光纤芯110。 在操作过程中，光纤芯110将光束114引导到膜片106上。如果电弧闪光发生,膜片106基于由电弧闪光产生的声波116的强度和频率产生振动。基于该振动，从膜片106反射独特图案的光。光纤104的下游端108和膜片106之间的距离被优化为使得光纤芯110接收从膜片106反射的光而没有明显的传输损耗。另外，电弧闪光产生的光120由半透明区域128吸收，并且由区域128的荧光材料转换为可见光。半透明区域128向光纤芯110发出可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种传感器(100)，包括：传感器头(102)，其包括声检测器(106)，所述声检测器配置成：接收来自第一光源(304)的光(114)；以及在声波(116)入射时反射所述光(118)；至少一个光纤(104)；以及在所述传感器头和所述至少一个光纤的至少其中之一内的至少一个荧光材料，所述至少一个荧光材料配置成：接收来自所述传感器外的第二光源(326)的光(120)；以及响应从所述第二光源接收的所述光来发出可见光(204)。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴俊涛，G·A·富尔曼，M·S·皮伦，毛志宏，詹春，M·M·吉博，L·H·塞沃夫，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：