1、自動化檢測技術(shù)及表課程設(shè)計報告 題目：光纖位移傳感器及其應(yīng)用學(xué)院： 專業(yè)： 班級：姓名： 學(xué)號：一 摘要本文介紹了光纖傳感器的工作原理，組成結(jié)構(gòu)，測量電路圖，特性及相關(guān)參數(shù)選取等，因為光纖傳感器種類繁多, 能以高分辨率測量許多物理參數(shù), 與傳統(tǒng)的機(jī)電類傳感器相比具有很多優(yōu)勢,可用在民用，航空航天，電力工業(yè)等。著重講在電力工業(yè)中得應(yīng)用。光纖傳感器是一種把光信號轉(zhuǎn)化成電信號的傳感器。二 光纖傳感器的工作原理反射式光纖位移傳感器工作原理如圖1所示，由于光纖有一定的數(shù)值孔徑，當(dāng)被測表面逐漸遠(yuǎn)離光纖探頭時，射光纖照亮被測表面的面積越來越大，于是相應(yīng)的發(fā)射光錐和接收光錐重合面積B越來越大，因而接收光纖端面

2、上被亮的曰，區(qū)也越來越大，有一個線性增長的輸出信號；當(dāng)整個接收光纖被全部照亮?xí)r，輸出信號就達(dá)到了位移一輸出信號曲線上的“光峰點”，光峰點以前的這段曲線叫前坡區(qū)，在這區(qū)里輸出信號的強(qiáng)度增加得非?？?，可以用來進(jìn)行微米的位移測量。圖l反射式光纖位移傳感器工作原理三 光纖傳感器的組成結(jié)構(gòu)光電轉(zhuǎn)換器光電變換器數(shù)顯電壓表四 測量電路原理及其特性反射式光纖位移傳感器的電路其實很簡單。當(dāng)光纖探頭一端發(fā)射出紅外線另一端接受紅外線，當(dāng)發(fā)射的紅外線經(jīng)光纖照射在物體表面并反射回至接受端口，這時光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成與反射光強(qiáng)度相對應(yīng)的電壓信號，通過光強(qiáng)的測定而實現(xiàn)對物體位移的測量。五 光纖位移傳感器的應(yīng)用電力工業(yè)中的設(shè)備大

3、都處在強(qiáng)電磁場中, 一般電類傳感器無法使用。很多情況下需要測量的地方處在高壓中, 如高壓開關(guān)的在線監(jiān)測, 高壓變壓器繞組、發(fā)電機(jī)定子等地方的溫度和位移等參數(shù)的實時測量, 這些地方的測量需要傳感器具有很好的絕緣性能、體積要小、而且是無源器件, 光纖光柵傳感器是進(jìn)行這些測量的最佳選擇。有一些電力設(shè)備經(jīng)常位于難以到達(dá)的地方, 如荒山野嶺、沙漠荒原中的傳輸電纜和中繼變電站, 使用分布式光纖光柵傳感系統(tǒng)的遙測能力可以極大地減少設(shè)備維護(hù)費(fèi)用。因此光纖光柵傳感器在電力工業(yè)中的應(yīng)用前景很好。利用法拉第效應(yīng)的光纖傳感器已被用于配電工業(yè)中高電壓下的大電流測量, 但是由于線性雙折射、溫度和振動所引起的問題, 限制了

4、這一技術(shù)的應(yīng)用。一種替代的方法是用常電流轉(zhuǎn)換器、壓電元件和光纖光柵組成的綜合系統(tǒng)對大電流進(jìn)行間接測量 41 ,電流轉(zhuǎn)換器將電流轉(zhuǎn)變成電壓, 電壓變化使壓電元件形變, 形變大小由光纖光柵傳感器測量。另有一種改進(jìn)的方法進(jìn)一步改善了分辨率 42 , 此方法中光纖光柵傳感器由基于光纖光柵的法2泊腔代替。知道高電壓、大功率設(shè)備(如發(fā)電機(jī)和變壓器) 中的局部溫度分布, 對于了解它們的工作狀態(tài)以及鑒定新的或修理過的產(chǎn)品質(zhì)量是至關(guān)重要的。設(shè)備的缺陷或退化可以通過連續(xù)監(jiān)視線圈繞組的溫度變化檢查出來。Hammon 等人 43 演示了用光纖光柵傳感器測量高壓變壓器的繞組溫度, 長期監(jiān)測的精度已達(dá)到3 。如果將波分復(fù)

5、用技術(shù)用于此系統(tǒng), 則可進(jìn)行實時多點測量。德國西門子公司正在將光纖光柵傳感器用于氣冷渦輪發(fā)電機(jī)定子溫度的測量 44 , 他們用環(huán)氧樹脂將光纖光柵埋入定子中, 光纖光柵經(jīng)過特殊的封裝, 以保證在真空和4105 Pa 壓強(qiáng)下沒有形變,并且對160 溫度下環(huán)氧樹脂中的化學(xué)和物理變化不敏感, 他們的目標(biāo)是連續(xù)測量范圍從20 到160, 測量精度小于1 。同時, 他們還在同一發(fā)電機(jī)中對大電流進(jìn)行了測量。高壓傳輸電纜的積雪超過其承載能力會導(dǎo)致嚴(yán)重的事故, 特別是高壓傳輸電纜處于難于檢查的地方更是一個突出的問題, 因此需要在線監(jiān)視電纜的荷載變化。O gaw a 等人 45 在30 km 長的電纜上布置了10

6、個光纖光柵, 光纖光柵貼在金屬板上, 金屬板固定在電纜上, 荷載變化引起的電纜應(yīng)變經(jīng)金屬板傳入光纖光柵, 用波分復(fù)用技術(shù)對光柵反射信號進(jìn)行解調(diào)。對于更長距離高壓傳輸電纜的監(jiān)測需要更多的光纖光柵, 這種情況下解調(diào)可以采用時分復(fù)用技術(shù), 因為光纖光柵之間的距離很大, 不需要高速的調(diào)制和解調(diào)。日本北海道就在光纖光柵傳感器測量高壓傳輸電纜的積雪荷載 46 。目前風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)越來越大, 從MW 數(shù)MW。一個輸出l. 5MW 的風(fēng)力電站需要70 m 長的葉片, 100 m 的塔高。下一代的風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)將達(dá)到5MW 甚至更大, 所需要的葉片超過100 m , 實時監(jiān)測這些葉片是非常必要的。Sm art F ib re L td 準(zhǔn)備制造復(fù)合材料葉片, 在制造過程中將光纖光柵傳感器埋入復(fù)合材料中, 對風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行長期地實時實地監(jiān)測。在此應(yīng)用中, 光纖光柵傳感器可克服電類傳感器受電磁干擾, 怕雷擊