變壓器光纖溫度傳感器的原理

變壓器的故障證明是非常昂貴和不方便的，因為它需要有很多時間來替換他們。在破產期間，由于生產線停工。需要一個監測變壓器溫度的系統?，F有的傳感器不能用于監測變壓器的溫度，因為它們是對電信號敏感，會引發火花，因為里面有油變壓器冷卻線圈。光纖是電惰性的，所以這個系統將被證明是理想的這個申請。模擬光纖結構的研究結果基于微彎的變壓器溫度傳感器評估該傳感器的有效性已通過本手稿傳達。結果是強度調制和溫度的關系圖。

現代通信中使用光纜傳輸信息。光毛細管厚度的玻璃纖維在很遠的距離上傳導的波。玻璃纖維或光學與標準電信相比，電纜具有顯著的技術和經濟優勢銅導體電纜。

最重要的優勢是：

?傳輸帶寬寬；

?不受外部電磁雜散場的干擾；

?非金屬電纜無潛在問題；

?光纖電纜薄、輕、靈活。

這些優點是玻璃纖維的特點使信息的光傳輸不僅對公共電信網絡，而且對其他應用領域，如

AS：

?能源供應公司的電信網絡；

?有線電視網絡電視會議；

工業過程控制；

?互聯計算機網絡中的數據處理；

?軍事用途（高度攔截安全）。

近年來光纖的另一個應用是傳感溫度。通常這種應用使用塑料包層二氧化硅。對于變壓器，不可能使用電接觸式傳感器，如電阻式溫度檢測器等，因為它們本身就是電導體增加過熱時短路的可能性。此外，它們容易產生電磁波

干擾。

1.2。傳感領域的光纖

光纖傳感器已經被證明對測量各種各樣的物理、化學、生物、生物醫學參數由于一些固有的優點與傳統的電氣和電子傳感器相比，它的一些主要優點包括電磁干擾，體積小，重量輕，避免接地回路，能夠應對各種測量，避免電火花，抵抗惡劣環境

，遠程操作，多路復用能力等等。在過去的二十年中，各種光纖傳感器得到了發展。迄今為止開發的大多數光纖傳感器可根據其配置為：

1）外源性FoS；

2）固有FoS。

外部fos基本上是光學傳感器，我們通過光纖傳輸（和收集）光信號，而光信號的調制發生在光纖之外。本征fos是“真”光纖

傳感器，意味著根據測量結果，光的調制發生在光纖內部參數。根據工作原理，兩個傳感器組可以進一步分成兩個大的

類別：

1）強度調制fos；

2）相位調制光纖干涉儀。

在強度調制fos中，被測參數在探測器處引起光強變化，即。光強度被調制。強度調制的fos可以在各種本征和外部配置。干涉儀中光學相位受到影響。一般來說，干涉傳感器具有超高分辨率、高精度、多功能配置等優點。但是他們具有相對測量、信號處理成本高等缺點。與纖維相反干涉儀，基于強度的器件具有信號解調簡單的優點，絕對測量，高頻響應。

1.3。微彎傳感器

微彎傳感器是最早的內置光纖傳感器之一。微彎損失一直以來都是電纜設計師的詛咒，但在光學領域也有同樣的微彎損耗效應采用微彎效應的微彎傳感器設計師開發的纖維測量許多物理參數和物理變量，如溫度，壓力，位移等微彎傳感器的早期興趣是用于水聽器應用。從那以后隨著時間的推移，在文獻中出現了100多個關于微彎傳感器的不同研究，并且傳感器已經適應了許多不同的測量應用。簡單地說，微彎可以是說明如下：多模光纖波導的機械擾動導致

光功率在光纖中多種模式之間的再分配。機械裝置越嚴重微擾或彎曲，更多的光耦合到輻射模式并被丟失。因此，重要的微彎傳感器的特點是它使用多模光纖，它是一種光強度傳感器和光強度隨機械彎曲而降低。基本設計如圖所示上面。波紋板，稱為變形板，在測量擾動下擠壓光纖從而引起微彎。這會導致熔覆層的導向層和連續層之間的耦合。模式，導致光纖不可逆地泄漏光功率。微彎敏感性果表明，在梯度情況下，變形器的機械周期必須與表達式相匹配為了達到最大的微彎靈敏度，索引光纖，其中a是芯半徑，是折射率差。多年來，微彎傳感器已被配置用于測量包括壓力、溫度、加速度、流量、局部應變和速度。微彎傳感器陣列已經被用于觸覺傳感系統和分布式傳感中。用于溫度、應變、結構監測和水檢測的系統。在其中一些地區，原型已經建立和測試，在一些領域，商業產品已經提供。

.4。宏彎傳感器

宏彎傳感器是另一種強度調制的固有fos（圖2）。他們肯定與微彎傳感器相似，但兩者之間也存在顯著差異概念。在宏彎傳感器中，通常使用單模光纖，其彎曲度較大直徑（通常彎曲半徑為幾厘米）。普通通信光纖通常對宏觀彎曲不夠敏感，因此通常需要使用特殊彎曲敏感的單模光纖。這些光纖通常在較低的溫度下工作。請考慮下圖所示的單模光纖的示意圖。在直線上光纖彎曲前的區域，光纖被認為是無損的和橫向的功率模式p0僅限于沿纖維軸傳播。在半徑R和角度Φ的彎曲區域，限制路徑假定為圓形。在彎曲處，模態波前將以相速度傳播線性依賴于與彎曲曲率中心的徑向距離。傳播因此，模式β的常數將與1/r成比例。對于波前較大的徑向位置當波的角相速度大于特征值rc時，就會產生輻射焦散前面等于傳播介質中的光速和陰影尾部pc中的功率波前分離，并以切向路徑傳播到分離點輻射出去。宏彎傳感器可用于類似微彎傳感器的應用。

普通光纖微彎傳感器的數學模型理想化的通用微彎傳感器，夾在一對變形板之間的傳感纖維在某種程度上被限制在以周期性∧的規則模式彎曲。變形器對適當環境的響應_，對彎曲的纖維施加f力，使纖維變形x的振幅變化量∏x。光通過彎曲光纖t的傳輸系數依次為改變了一個量，使之變為3。光纖在干式變壓器監測中的作用過熱保護系統克服了這些缺點。高壓和低壓線圈和鐵芯都可以防止過熱。操作原理基于

光纖傳輸特性隨溫度的變化。光學的傳感器不會引起任何電磁干擾或影響變壓器的運行以任何其他方式。如果光信號注入光纖傳感器的一側，則可以在另一端有一個光學接收器。如果光纖的表面溫度升高變形器板響應溫度而中斷傳輸。它可以直接感應熱點溫度，不像傳統的傳感器。在更高的溫度下，光的傳輸被中斷，并且，沒有任何信號可以被接收到更多。此狀態用于提供過熱報警。新開發的過熱保護系統（圖4）最重要的優點是總結如下：

?絕緣和芯線過熱均可在線檢測；

?在局部溫度升高的情況下，警報可降低煙霧、火災或絕緣；

?無電磁干擾、地面放電或任何其他環境損害條件；

?在80°C至170°C的范圍內進行安全過熱檢測，在實際操作中得到了很好的嘗試；

?成本效益高，易于安裝；

?由于智能設計，處理單元能夠自我控制，并支持多個接口，如以及遠程訪問。

 

因為有證據表明光纖有可能用作光纖溫度通過模擬基于微彎和宏彎模擬工具來評估這種傳感器的有效性。性能分析

利用Matlab的Simulink工具箱對傳感器進行了仿真表征。得出傳感器5的優化設計。結果和討論從普通光纖傳輸系數的變化表達式通用微彎傳感器模型配置及仿真結果如下。隨后建立了一個模型，用于傳感器在較高溫度范圍內的應用。0至100 0

發現結果是線性的，但對于儀器來說，斜率太陡獲取數據的信號。構建的模型如下所示。測量值圖表因為傳輸常數如下所示，這表明結果是相當線性的。為了校正斜率，進行迭代，以獲得適合放大器的增益期望的響應。這實際上可以通過簡單地調整傳感器級儀表運算放大器的反饋網絡。類似地其他溫度范圍內，增益可以適當地改變，從而得到可測量的范圍。該模型的建立有助于溫度傳感器的有效設計。在不同的溫度范圍工作的不同類型的應用。仿真結果為6。結論和今后工作的范圍本文對光纖傳感器的微彎結構進行了仿真研究。并對干式變壓器溫度傳感器進行了優化設計。它已經發現傳輸常數的測量值圖是相當線性的。變壓器的持續監測旨在提高可靠性，早期檢測問題，降低了維護成本，也延長了它的預期壽命。當前應用儀表不能提供一致性，也不能提供繞組溫度指示的準確性。間接測量WTM，即模擬WTM系統的熱電偶套管對階躍響應慢負載變化。變壓器老化主要是由繞組溫度引起的。更頻繁全容量負載表明需要更好地控制繞組溫度光纖傳感器已經達到了一個可靠的水平，使他們成為這一重要功能的自然選擇。AS通過監控長期的漸進式變壓器，避免了災難性故障和緊急停機惡化。對于未來，我們可以使用各種技術，例如：基于納米技術的、自主的、自我導航的熱傳感器以及繞組溫度算法等技術。而且，成像傳感器也可以位于油箱內部。我們也可以利用神經網絡和神經模糊在未來的應用。