本發(fā)明涉及了一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，屬于電力系統(tǒng)中的光纖溫度傳感技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

電力系統(tǒng)對溫度和應(yīng)力傳感的需求巨大，是除了電流和電壓外需求數(shù)量最大的傳感器，這些應(yīng)用包括開關(guān)柜內(nèi)部開關(guān)頭的溫度監(jiān)測、變壓器內(nèi)部繞組的溫度監(jiān)測、高壓或大電流電纜接頭的溫度監(jiān)測等。高、中、低壓三類電力設(shè)備加上電纜接頭，每年市場對于測溫系統(tǒng)的需求將近1千萬套。

在電力系統(tǒng)領(lǐng)域，除了基于光的測溫系統(tǒng)外，還有基于電平臺的測溫系統(tǒng)。基于電的傳感器包含很多種類，但是他們有一個(gè)共同的缺陷，就是會受到強(qiáng)的電磁波的干擾。由于電磁感應(yīng)原理，會在導(dǎo)線上感應(yīng)出電流，從而影響基于電的測溫系統(tǒng)的正常工作。由于電力傳感對安全、可靠性的要求很高，而電力環(huán)境本身經(jīng)常有很強(qiáng)的電磁輻射。這種情況下，基于電的傳感器始終存在安全隱患?；陔姷膫鞲衅骺垢蓴_能力差，這類傳感器的使用大受限制，是影響其廣泛使用的主要因素。

基于無線測溫的方式也是通過電的方式傳感的一種，由于其安裝方便，在電力系統(tǒng)中也有使用。但是這種方式本身還是需要電磁波來傳輸溫度信號，其所在頻率可以被復(fù)雜的電磁輻射干擾，導(dǎo)致誤報(bào)。無線測溫模塊內(nèi)部需要電池供電，在高壓下，不方便更換。此外，無線測溫模塊一般放置在高溫區(qū)，在很高的溫度環(huán)境下，電路更容易失效。在開關(guān)柜、變壓器、電纜管道內(nèi)部等無法傳送無線信號的區(qū)域，無線測溫就無法使用。

在電力系統(tǒng)中，采用光纖測溫的傳感器系統(tǒng)通過光來傳輸傳感信號，所以不受電磁干擾的影響，確保了能夠長期可靠地工作。相比于電的傳感器，它的優(yōu)越性很大。但是，目前的基于光纖測溫系統(tǒng)的最大問題是體積大、成本高?；诠獾膫鞲衅飨到y(tǒng)的價(jià)格是電的傳感器系統(tǒng)的幾十倍幾百倍左右。這個(gè)成本與其所監(jiān)控的設(shè)備相當(dāng)，很難推廣。只有當(dāng)價(jià)格達(dá)到其所監(jiān)控對象的十分之一時(shí)，才能廣泛應(yīng)用。另外，其主機(jī)體積大概為400X500X60mm。這么大尺寸的設(shè)備不好集成在相關(guān)的設(shè)備中。這些問題使得在很多只能安裝光纖測溫系統(tǒng)的電力系統(tǒng)中，無法進(jìn)行安裝，從而帶來的安全的隱患，各種事故的報(bào)道時(shí)有發(fā)生。

所以，通過創(chuàng)新設(shè)計(jì)，降低體積，減少成本，是該類傳感器系統(tǒng)推廣使用的關(guān)鍵，具有巨大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值?；诠饫w測溫系統(tǒng)之所以體積大、成本高，是因?yàn)樗扇齻€(gè)體積大、且價(jià)格不菲的核心光學(xué)模塊構(gòu)成：寬帶平坦的光源模塊、具有定標(biāo)功能的標(biāo)準(zhǔn)具模塊、用于掃描光波長的可調(diào)光濾波器模塊。其余的是電路控制部分，電路部分的體積和價(jià)格都基本一樣。如何改進(jìn)三個(gè)光模塊就是提高系統(tǒng)性價(jià)比的關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，通過對寬帶平坦光源或者平坦的可調(diào)激光器、標(biāo)準(zhǔn)具、可調(diào)光濾波器三個(gè)光模塊進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過對整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)仍然能夠保證和其他系統(tǒng)同樣的精度指標(biāo)的基礎(chǔ)上，降低了整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，降低了成本。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：

一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，包括通過單模光纖相連接的光源模塊和耦合器，所述耦合器上還連接有可調(diào)光濾波器模塊、標(biāo)準(zhǔn)具模塊和傳感器探頭，所述光源模塊不需要通常的光纖測溫系統(tǒng)所必須的光譜平坦的特性，該可調(diào)光濾波器模塊的光抑制比45dB-60dB，從而可以從不平坦的光譜中選出所測試的探頭對應(yīng)的光譜，降低因?yàn)椴黄教构庾V都會導(dǎo)致的高功率光譜區(qū)域?qū)Φ凸β使庾V區(qū)域的串?dāng)_；所述光源模塊的輸出端還連接有對數(shù)放大器模塊，以進(jìn)一步減少不平坦光譜的影響。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：所述標(biāo)準(zhǔn)具模塊包括依次連接的雙光纖準(zhǔn)直器、標(biāo)準(zhǔn)具和陷波器。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：所述標(biāo)準(zhǔn)具的光譜具有周期性的峰，同時(shí)還有一個(gè)波長標(biāo)志點(diǎn)確定各個(gè)周期性的峰的波長絕對值；在探頭數(shù)量很少的場合這個(gè)波長標(biāo)志點(diǎn)可以省略。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：所述光源為光譜不平坦寬帶光源或光譜不平坦的可調(diào)激光器光源。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：所述光譜不平坦寬帶光源構(gòu)成包括泵浦激光器、摻鉺光纖、光隔離器、1550nm/980nm分波器構(gòu)成的光譜不平坦寬帶光源，其構(gòu)成中對摻鉺光纖的寬帶不平坦特性不做任何補(bǔ)償，以減小體積并大大降低成本。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：所述光譜不平坦的可調(diào)激光器構(gòu)成包括泵浦激光器、摻鉺光纖、光隔離器、2X2光纖耦合器、1550nm/980nm分波器構(gòu)成的光譜不平坦的可調(diào)激光器，其構(gòu)成中對摻鉺光纖的通帶不平坦特性不做任何補(bǔ)償，以減小體積并大大降低成本。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：該新型光纖測溫系統(tǒng)可以通過從高壓線上取電或者太陽能、風(fēng)能供電的方式為系統(tǒng)提供電能，還可以通過無線充電方式為系統(tǒng)提供電能。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：該新型光纖測溫系統(tǒng)可以通過485、WiFi、IEC61850等方式將測試的溫度信號上傳到數(shù)據(jù)中心或者網(wǎng)絡(luò)管理部門。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：該新型光纖測溫系統(tǒng)可以通過光纖通信接口將測試的溫度信號上傳到數(shù)據(jù)中心或者網(wǎng)絡(luò)管理部門。

前述的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，其特征在于：所述光纖通信接口可以使普通的光纖接入網(wǎng)的方式構(gòu)成，也可以是采用MEMS發(fā)送器為終端，基于頻分復(fù)用的原理上傳傳感器的信號。

本發(fā)明的有益效果是：

1、采用寬帶光譜不平坦的光源可以大大降低成本和模塊的體積。

2、通過對標(biāo)準(zhǔn)具模塊采用了新的設(shè)計(jì)，使得標(biāo)準(zhǔn)具的入射和出射光纖在器件的同一個(gè)方向，采用的是反射方式，這種方式同樣可以大大減少盤纖的空間，使得整個(gè)系統(tǒng)的尺寸大大減小。

3、由于不平坦光譜的光源導(dǎo)致光譜功率密度大的部分通過可調(diào)光濾波器后，會串?dāng)_到處于功率密度小的探頭，造成測溫精度惡化。采用高光抑制比的可調(diào)光濾波器可以將該串?dāng)_降低到不會影響測溫精度的水平，使得光源光譜不平坦的特性對系統(tǒng)性能惡化的影響降至最低。

4、采用對數(shù)放大器處理具有極大光功率差異的不同傳感器信號，由于對數(shù)放大器將巨大的差異大大縮小，即使光功率差別很大的兩個(gè)傳感器，進(jìn)入光接收端后，其電信號經(jīng)過處理后的峰值差被大大降低，結(jié)果就是降低了對寬帶平坦光源的要求，采用光譜不平坦寬帶的光源下，我們也能實(shí)現(xiàn)同樣的測試精度，而光譜不平坦寬帶光源，不但體積小，而且成本低，我們的自己制作的寬帶光源，體積只有50X60X15mm大小，是現(xiàn)有市場上產(chǎn)品的四分之一。

附圖說明

圖1是本發(fā)明一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)的連接示意圖；

圖2是普通可調(diào)光濾波器與高光抑制比可調(diào)光濾波器帶來的串?dāng)_對比示意圖；

圖3是普通可調(diào)光濾波器與高光抑制比可調(diào)光濾波器在相同功率下鄰近信道的串?dāng)_對比示意圖；

圖4是光譜不平坦寬帶光源通過線性放大電路后的光譜強(qiáng)度分布圖；

圖5是光譜不平坦寬帶光源通過對數(shù)放大電路后的光譜強(qiáng)度分布圖；

圖6是本發(fā)明一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)具模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是本發(fā)明一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)具模塊的單邊進(jìn)出型的尺寸示意圖；

圖8是本發(fā)明一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)具模塊的一邊進(jìn)另一邊出型的尺寸示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合說明書附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

如圖1-圖8所示，一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，包括通過單模光纖相連接的光源模塊和耦合器，所述耦合器上還連接有可調(diào)光濾波器模塊、標(biāo)準(zhǔn)具模塊和傳感器探頭，所述光源模塊不需要通常的光纖測溫系統(tǒng)所必須的光譜平坦的特性，該光譜不平坦的光要經(jīng)過一個(gè)具有高光抑制比（可調(diào)光濾波器的透過光譜中波峰與波谷的差值稱為光抑制比）特性的可調(diào)光濾波器，該可調(diào)光濾波器模塊的光抑制比為45dB-60dB，比通常光纖測溫系統(tǒng)中的可調(diào)光濾波器的大5到15dB，從而可以從不平坦的光譜中選出所測試的探頭對應(yīng)的光譜，降低因?yàn)椴黄教构庾V都會導(dǎo)致的高功率光譜區(qū)域?qū)Φ凸β使庾V區(qū)域的串?dāng)_；所述光源模塊的輸出端還連接有對數(shù)放大器模塊，以進(jìn)一步減少不平坦光譜的影響。

在實(shí)際應(yīng)用過程中，光譜平坦寬帶光源體積大、成本高。采用光譜平坦光源，各個(gè)光纖光柵在寬帶平坦的波長范圍內(nèi)分配差不多均等的光功率，當(dāng)光信號進(jìn)入光接收端后，各個(gè)傳感器對應(yīng)的光功率在電路中轉(zhuǎn)化的電信號功率大致相同。如果光譜不平坦寬帶，有的光纖光柵傳感器所對應(yīng)的波長光功率高，有的傳感器對應(yīng)的波長光功率低。當(dāng)兩種傳感器的光進(jìn)入可調(diào)光濾波器后，由于巨大的功率差異，導(dǎo)致高功率的傳感器的光信號會嚴(yán)重影響低功率的傳感器的光信號，導(dǎo)致低功率的傳感器的光信號無法正常接收，測溫精度嚴(yán)重惡化。這種現(xiàn)象也被稱之為串?dāng)_。但是采用高光抑制比的可調(diào)光濾波器代替普通的可調(diào)光濾波器后，串?dāng)_的影響會大大減弱。

串?dāng)_消除后，兩只傳感器的峰仍然存在很大差異。當(dāng)兩只傳感器的信號進(jìn)入光接收模塊后，由于巨大的功率差異，導(dǎo)致高功率的傳感器的電信號峰被消去，或者低功率的傳感器的電信號峰被噪聲覆蓋。采用對數(shù)放大器處理具有極大光功率差異的不同傳感器信號，由于對數(shù)放大器將巨大的差異大大縮小。即使光功率差別很大的兩個(gè)傳感器，進(jìn)入光接收端后，其電信號經(jīng)過處理后的峰值差被大大降低。結(jié)果就是降低了對寬帶平坦光源的要求，采用光譜不平坦寬帶的光源下，我們也能實(shí)現(xiàn)同樣的測試精度。而光譜不平坦寬帶光源，不但體積小，而且成本低。我們制作的寬帶光源，體積只有50X60X15mm大小，是現(xiàn)有市場上產(chǎn)品的四分之一。

本實(shí)施例中，所述光源為光譜不平坦寬帶光源或光譜不平坦的可調(diào)激光器。這種方式也可以在光源使用可調(diào)激光器時(shí)。此時(shí)的可調(diào)激光器也是輸出光譜不平坦的，即在整個(gè)光譜范圍，激光器的輸出光功率存在較大的差異。原理同寬帶光源的情況，如果采用線性放大器，同樣存在處于光譜中高功率的探頭會干擾處于低功率的探頭，造成后者的傳感指標(biāo)誤差很大。但是，采用了對數(shù)放大器后，這個(gè)不平坦的效果的大大降低，這樣系統(tǒng)就可以正常工作了。我們可以采用光源輸出功率不一致的可調(diào)激光器光源，代替輸出功率恒定的可調(diào)激光器，同樣能達(dá)到光纖傳感系統(tǒng)的精度指標(biāo)。

所述光譜不平坦寬帶光源構(gòu)成包括泵浦激光器、摻鉺光纖、光隔離器、1550nm/980nm分波器構(gòu)成的光譜不平坦寬帶光源，其構(gòu)成中對摻鉺光纖的寬帶不平坦特性不做任何補(bǔ)償，以減小體積并大大降低成本。所述光譜不平坦的可調(diào)激光器構(gòu)成包括泵浦激光器、摻鉺光纖、光隔離器、2X2光纖耦合器、1550nm/980nm分波器構(gòu)成的光譜不平坦的可調(diào)激光器，其構(gòu)成中對摻鉺光纖的通帶不平坦特性不做任何補(bǔ)償，以減小體積并大大降低成本。

圖2顯示的是具有高光抑制比的可調(diào)光濾波器的透過譜，其中，（1）為普通可調(diào)光濾波帶來的串?dāng)_，（2）為高光抑制比可調(diào)濾波器帶來的串?dāng)_，可以看到新的可調(diào)光濾波器可以將抑制比增加幾個(gè)到十幾個(gè)ｄＢ。從圖3可以看到相同的鄰近光纖光柵探頭的反射光對本光纖光柵探頭的串?dāng)_的影響可以大大降低，其中，（A）為普通可調(diào)光濾波器與相同功率下鄰近信道的串?dāng)_，（B）為高光抑制比可調(diào)光濾波器在相同功率下鄰近信道的串?dāng)_，也就是消除了光譜不平坦寬帶光源的影響。

圖4顯示當(dāng)光譜不平坦寬帶光源信號進(jìn)入光接收模塊后，如果采用線性放大器，則不平坦特性沒有任何改進(jìn)。當(dāng)兩個(gè)功率差異很大的探頭信號進(jìn)入光接收模塊后，導(dǎo)致高功率的傳感器的電信號峰被消去，或者低功率的傳感器的電信號峰被噪聲覆蓋。圖5所示，采用對數(shù)放大器處理具有極大光功率差異的不同傳感器信號，會將巨大的差異大大縮小。結(jié)果光譜不平坦寬帶光源就改善成為光譜接近平坦寬帶光源。

而寬帶不平坦光源，不但體積小，而且成本低。我們制作的寬帶光源，體積只有50X60X15mm大小，是現(xiàn)有市場上產(chǎn)品的四分之一。

所述標(biāo)準(zhǔn)具模塊包括依次連接的雙光纖尾纖1、透鏡2、準(zhǔn)直透鏡3（1、2、3合在一起稱為雙光纖準(zhǔn)直器）、標(biāo)準(zhǔn)具4和陷波器5，光纖測溫系統(tǒng)的另一個(gè)核心器件是標(biāo)準(zhǔn)具。雙光纖通過透鏡后進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)具，再進(jìn)入陷波器。該陷波器的作用是在光譜上產(chǎn)生一個(gè)凹陷，用來標(biāo)記波長的絕對值。然后光線返回，通過另一個(gè)光纖輸出。所述標(biāo)準(zhǔn)具的光譜具有周期性的峰，同時(shí)還有一個(gè)波長標(biāo)志點(diǎn)確定各個(gè)周期性的峰的波長絕對值；在探頭數(shù)量很少的場合這個(gè)波長標(biāo)志點(diǎn)可以省略。

目前的光標(biāo)準(zhǔn)具技術(shù)的是光纖入光纖出的透射方式，這種方式必然導(dǎo)致光纖盤線的時(shí)候需要較大的空間，無法小型化。我們采用了如圖6所示的新設(shè)計(jì)，使得標(biāo)準(zhǔn)具的入射和出射光纖在器件的同一個(gè)方向，采用的是反射方式，這種方式同樣可以大大減少盤纖的空間，使得整個(gè)系統(tǒng)的尺寸大大降低，其中，所述雙光纖與透鏡之間還連接有雙光纖玻璃毛細(xì)管6。如圖7-8圖所示，采用我們的方式大約可以節(jié)省一半的空間，使得主機(jī)的尺寸更小，便于集成在各種設(shè)備中。由于我們的系統(tǒng)是對電力系統(tǒng)的其他設(shè)備的溫度和應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)控，一半都是集成在其他設(shè)備中的。所以，具有較小的尺寸至關(guān)重要。

所述可調(diào)光濾波器具有高光抑制比的特性，從而能夠大大降低因?yàn)楣庠垂庾V不平坦帶來的處于高功率光譜區(qū)的探頭對于處于低功率光譜區(qū)的探頭的串?dāng)_，使得每個(gè)探頭都能穩(wěn)定工作。所述可調(diào)光濾波器包括2個(gè)單光纖準(zhǔn)直器，基于FP原理的、基于MEMS（微電機(jī)系統(tǒng)）可調(diào)光濾波器芯片。該可調(diào)光濾波器芯片具有高于普通FP原理的可調(diào)光濾波器大幾個(gè)到十幾個(gè)dB左右的光抑制比。該特性通過對光斑進(jìn)行橫向限制實(shí)現(xiàn)，通過半導(dǎo)體工藝在可調(diào)光濾波器芯片上實(shí)現(xiàn)。該特性還可以通過提高可調(diào)光濾波器的精細(xì)度，通過提高鍍膜層數(shù)，增加反射率實(shí)現(xiàn)。所述光纖探頭采用光纖光柵的方式構(gòu)成，各個(gè)探頭可以通過一根光纖串聯(lián)，也可以通過1XN耦合器并聯(lián)，或者串聯(lián)加上并聯(lián)組合。

該新型光纖測溫系統(tǒng)可以通過從高壓線上取電或者太陽能、風(fēng)能供電的方式為系統(tǒng)提供電能，還可以通過無線充電方式為系統(tǒng)提供電能；也可以通過485、WiFi、IEC61850等方式將測試的溫度信號上傳到數(shù)據(jù)中心或者網(wǎng)絡(luò)管理部門；還可以通過光纖通信接口將測試的溫度信號上傳到數(shù)據(jù)中心或者網(wǎng)絡(luò)管理部門，所述光纖通信接口可以使普通的光纖接入網(wǎng)的方式構(gòu)成，也可以是采用MEMS發(fā)送器為終端，基于頻分復(fù)用的原理上傳傳感器的信號。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于電力系統(tǒng)的新型光纖測溫系統(tǒng)，通過對寬帶平坦光源和標(biāo)準(zhǔn)具兩個(gè)光纖模塊進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，通過對整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得系統(tǒng)仍然能夠保證和其他系統(tǒng)同樣的精度指標(biāo)的基礎(chǔ)上，降低了整個(gè)系統(tǒng)的尺寸，也降低了成本。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及優(yōu)點(diǎn)。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實(shí)施例的限制，上述實(shí)施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界。