[发明专利]用于监测高压变压器的物理特征参数的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种包括用于监测物理特征参数的传感器系统的高压变压器。尤其是，该传感器系统具有至少一个传感器，所述传感器包括具有传感器头的玻璃纤维。所述传感器头载有多个布拉格光栅。该传感器系统配有评估单元，该评估单元通过所述玻璃纤维与所述至少一个传感器头连接。

本发明还涉及一种用于监测高压变压器的物理特征参数的方法。

本发明还涉及一种用于监测高压变压器的物理特征参数的传感器系统。

背景技术

此外，由Helmig,C；Peier,D的出版物：用于测量电网中的重要运行特征参数的替代技术(Alternative Technologien zur Messung wichtigerin Energienetzen)(电子学(Elektrie)，柏林53(1999)A，特别版9/99，第342页以后)已知，将光纤布拉格光栅用于温度测量。在此以光纤布拉格光栅表示在单模光导纤维的芯结构中的周期性布置的折射率不同的层的区域。该区域在制造时通过以波长足够短的UV光经由曝光蒙片来曝光纤维形成。由掺杂GeO₂的石英玻璃制成的纤芯的光敏性允许光学介质的有效折射率n_eff在严格周期性布置的、以距离λ_BG间隔开的曝光点上变化。这详细描述在Bludau,W的出版物：传感技术和光通信技术中的光导纤维(Lichtwellenleiter in Sensorik und optischer Nachrichtentechnik)(Springer出版社，柏林、海德堡、纽约(VDI－Buch)，1998)中。通过改变玻璃纤维的芯结构影响在纤芯中的光传播。入射的、宽带的光谱由于所产生的有效折射率的调制而在光纤布拉格光栅上经受散射。对于在单模光导纤维中被引导的光的特定波长而言，被反射的光源再次同相并且叠加。因此光纤布拉格光栅的作用类似于选择波长的反射镜。

因此，光纤布拉格光栅由于其特征几何形状而具有波长选择特性。仅相应的布拉格波长被窄带地反射。由于此特性相对于外部影响参数(如温度或光栅的膨胀)敏感，因此光纤布拉格光栅可用于传感应用、尤其是也用于温度检测。信号评估在此局限为非常精确的、纳米范围内的波长探测。布拉格反射波长在此直接与玻璃纤维的温度并因此与玻璃纤维周围环境中的温度、如电气设备中的温度有关。

也已经提出，在一个玻璃纤维中设置多个彼此独立作用的光纤布拉格光栅。这之所以可行是因为基于布拉格反射波长在温度变化时在所关注的测量范围内的小位移而可以在使用宽带光源的情况下辨别不同的布拉格光栅。因此布拉格光栅可在不同的位置上被写入玻璃纤维中并且因此安置于电气设备中的不同位置上。各个布拉格光栅在此分别具有不同的特定的布拉格反射波长λ_BG，由此确保将得出的温度与电气设备中的相应测量点按规定关联。

可通过借助市售的光谱分析仪(如厂商惠普的HP 71450B、7125B、71452B和86140A型号或“Burleigh”的“WA”系列的一个仪器)在温度变化时探测相应存在的波长来按照测量技术检测反射波长与玻璃纤维温度的线性关系。在光纤温度测量领域中的应用的缺点在于与波长探测方法和相应仪器有关的、用于测量仪器的高投资成本以及仪器的与此密切有关的超尺寸装备，这对于在此所描述的波长探测是不必要的。

DE19821616 A1也已经公开一种用于确定温度和光纤的膨胀的装置，该装置包括宽带光源、用于将光源的光耦入到具有一个或多个光纤布拉格光栅的光纤中的且用于将反射到光纤布拉格光栅上的光耦出到另一玻璃纤维中的光纤耦合器以及用于评估耦入到第二玻璃纤维中的光信号的评估装置。在此与第二玻璃纤维连接的评估装置本身包括干涉仪装置，该干涉仪装置包括一个光学输入端、两个用于将光分成两个光路的光分路器、用于产生两个具有不同光程长度的干涉仪臂的器件以及在干涉仪臂之一上的至少一个相位调制器。因此，该干涉仪装置提供两个光学输出端，其在下游的光谱分析仪中作为在那里入射的光束分别经受光谱分解并且随后被引导到两个分开的接收器装置。这种已知的、同样需要专门的光谱分析仪的装置也很昂贵、复杂并且对于在借助布拉格光栅检测温度时的纯波长探测而言实际上尺寸过大。