用于绝缘子表面盐密检测的光纤布喇格光栅传感器的研究

摘要

对运行中的绝缘子进行污秽程度的在线监测可及早发现隐患，减少污闪事故。现有输电线路外绝缘污秽在线监测系统存在测量准确性差、可靠性低、易受电磁干扰、需要现场电源、成本高等方面缺点。为解决上述问题，本文提出采用光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating，FBG)进行绝缘子表面盐密的在线监测。 本研究发现氯化钠对涂覆有聚酰亚胺的光纤布喇格光栅的感湿性能有显著影响，在此基础上的，对其影响机理进行了分析，提出使用涂覆有聚酰亚胺薄膜的光纤布喇格光栅(PI-FBG)进行绝缘子表面盐密的检测。 试验表明PI-FBG的湿敏效果越好，氯化钠对其抑制作用越明显。针对传统方法在聚酰亚胺多层涂覆时容易出现多个峰值、成膜不均匀、栅区弯曲的情况，本研究改进了聚酰亚胺的涂覆工艺，并制备了高湿度灵敏度的PI-FBG传感器。 绝缘子表面自然污秽中主要成分为易溶性盐分氯化钠，难溶的硫酸钙和不可溶的二氧化硅。试验表明硫酸钙和二氧化硅对高湿度环境下PI-FBG传感器的波长增长几乎没有抑制作用，而氯化钠对其抑制作用明显，从而排除了难溶的硫酸钙和不溶的二氧化硅对盐密测量结果的影响。定量分析了相对湿度98％RH、90％RH、80％RH情况下绝缘子表面盐密与PI-FBG传感器波长抑制量之间的关系，并确定了在以上相对湿度情况下PI-FBG传感器的最小盐密识别值。 在传感器研制的基础上，本文构建了基于PI-FBG传感器的绝缘子表面盐密全光网在线监测系统，该系统具有抗电磁干扰能力强、可靠性高、可实现远程无源准分布式测量的优点，研制了一套基于FBGA解调模块的光纤光布喇格栅波长解调仪，完成了基于虚拟仪器的上位机软件开发。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题背景及意义

1．2 绝缘子污秽闪络机理

1．2．1 绝缘子表面的积污

1．2．2 污层的润湿

1．2．3 局部放电的发生

1．2．4 局部放电的发展及闪络

1．3 绝缘子污秽在线监测国内外研究现状

1．3．1 光强法

1．3．2 污层电导率法

1．3．3 泄漏电流法

1．3．4 紫外脉冲法

1．3．5 微波辐射法

1．3．6 红外成像法

1．3．7 超声波检测法

1．4 现有监测系统存在的问题

1．5 论文的主要工作

第2章 PI-FBG盐密传感机理研究

2．1 引言

2．2 FBG传感原理

2．3 PI-FBG结构及其感湿机理研究

2．3．1 PI-FBG的结构

2．3．2 PI-FBG感湿机理研究

2．3．3 PI-FBG温度-湿度交叉敏感的解决方法研究

2．4 PI-FBG的盐密检测机理研究

2．5 本章小结

第3章 高灵敏度PI-FBG盐密传感器的研制

3．1 引言

3．2 传统的PI-FBG制备工艺

3．2．1 传统聚酰亚胺涂覆工艺

3．2．2 湿敏效果的检验

3．2．3 氯化钠对PI-FBG的抑制效果检验

3．3 高灵敏度PI-FBG传感器的制备工艺研究

3．3．1 聚酰亚胺涂覆工艺的改进方法研究

3．3．2 温度补偿试验

3．3．3 聚酰亚胺的剥除方法研究

3．4 本章小结

第4章 PI-FBG盐密传感器对不同污秽成分的响应特性研究

4．1 引言

4．2 试验布置

4．3 硫酸钙对PI-FBG传感器波长的抑制作用分析

4．4 二氧化硅对PI-FBG传感器波长的抑制作用分析

4．5 氯化钠对PI-FBG传感器波长的抑制作用分析

4．5．1 试验过程及结果

4．5．2 试验结果分析

4．6 本章小结

第5章 基于PI-FBG远程盐密监测系统的构建

5．1 引言

5．2 监测系统的构建

5．3 光纤光栅波长解调仪的研制

5．3．1 FBGA解调原理

5．3．2 解调仪内部元件的选取

5．4 基于虚拟仪器的上位机软件开发

5．4．1 动态链接数据库简介

5．4．2 主程序的编写

5．5 本章小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 今后的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及成果

致谢