基于声聚焦结构的局部放电光纤超声传感技术

作者：史荣斌; 王思涵; 马国明^*; 秦炜淇; 胡靖; 张小龙; 周宏扬; 高树国

来源：中国电机工程学报, 2023, 43(21): 8518-8527.

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.221619

• 局部放电
• 光纤干涉
• 涉超声传感
• 射频(RF)增益相位检波器
• 声聚焦结构

针对现有本征型光纤干涉超声传感技术中光纤环传感器声耦合效率不足的问题，该文开展局部放电光纤超声传感技术研究。首先，搭建干涉型局部放电光纤超声传感系统，实现超声信号的硬件解调；提出声聚焦结构超声传感单元，建立光纤环传感单元声压灵敏度频域模型；然后，通过仿真计算优化结构，提高声耦合效率。在20～100kHz检测频带内，基于声聚焦结构的光纤超声传感单元相较于现有的圆柱芯轴传感单元峰值灵敏度提升了16.7%，平均灵敏度提升了162.2%。在此基础上，开展变压器油中局部放电的外置式检测实验。结果表明，对于变压器油中悬浮放电模型，声聚焦结构超声传感单元检测的起始放电电压比现有圆柱芯轴传感单元低10.7%，比压电陶瓷换能器(piezoelectric transducer,PZT)低22.0%；传感信噪比相比于圆柱芯轴光纤超声传感单元和PZT分别提升5.3dB和24.5dB。基于声聚焦结构的局部放电光纤超声传感技术可有效地提升对油中微弱局部放电信号的检测灵敏度。

• 单位
  清华大学深圳国际研究生院; 华北电力大学; 新能源电力系统国家重点实验室