基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器的制作方法

本发明属于电力设备光纤传感监测，尤其涉及一种基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器。

背景技术：

1、电力变压器是电力系统的核心设备，其绕组在运行过程中同时承受电磁力引起的机械应变和负载变化引起的温升。绕组温度过高会加速绝缘老化，缩短设备寿命；绕组变形若不能及时发现，可能引发严重事故。因此，对绕组应变与温度进行同步在线监测具有重要意义。

2、现有绕组监测技术存在以下不足：

3、1.传统电类传感器易受强电磁干扰，且绝缘性能难以满足绕组内部贴装要求。

4、2.光纤光栅对温度和应变同时敏感，普通单光栅传感器无法区分波长漂移来自温度变化还是应变变化，测量精度受限。现有双光栅方案虽同时布设应变光栅和温度光栅，但温度光栅通常同样粘贴于基体表面或内置于结构中，仍受应力影响，无法实现纯温度测量，导致温度补偿精度不足。

5、3.裸光纤光栅的应变灵敏度较低，在绕组微小变形监测中难以满足高精度需求。现有增敏方案多采用单光栅结构，仅能测量应变，无法同步获取温度信息。

6、4.变压器内部安装空间有限，要求传感器结构紧凑，能够直接贴装于绕组表面，同时具备绝缘、耐高温性能。

7、因此，亟需对现有的绕组监测技术进行改进。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对上述存在的技术问题，提供一种基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，通过回字形弹性基底实现应变增敏，通过悬空封装的温度光栅实现纯温度测量，通过双光栅架构实现应变与温度的同步测量与自动解耦。

2、有鉴于此，本发明提供一种基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，包括：

3、基底，包括左端平板、右端平板、回形环、四条连接臂以及两条光纤光栅粘贴臂，回形环位于基底的中部，回形环的内部形成有镂空区，回形环通过四条连接臂分别与左端平板和右端平板相连，两条光纤光栅粘贴臂间隔设置于回形环内侧且位于镂空区内；

4、第一光纤光栅，沿基底长度方向布置于镂空区内，第一光纤光栅的栅区悬空于镂空区正中，第一光纤光栅的两端固定于其中一条光纤光栅粘贴臂上，用于测量应变；

5、第二光纤光栅，沿基底长度方向布置，第二光纤光栅的尾纤通过悬空封装架体固定于另一条光纤光栅粘贴臂上，第二光纤光栅的栅区悬空于镂空区内，用于测量温度；

6、封装壳体，包裹基底及第一光纤光栅和第二光纤光栅。

7、在上述技术方案中，进一步的，基底采用金属材料经线切割加工一体成型，左端平板和右端平板上分别开设有用于与被测基体固定的安装孔。

8、在上述技术方案中，进一步的，两条光纤光栅粘贴臂上均开设有光纤安装槽，左端平板和右端平板上对应开设有与光纤安装槽同轴贯通的光纤容置槽，第一光纤光栅和第二光纤光栅的尾纤穿过光纤安装槽和光纤容置槽后从基底的两端引出。

9、在上述技术方案中，进一步的，光纤安装槽和光纤容置槽内填充有环氧树脂胶以固定光纤尾纤。

10、在上述技术方案中，进一步的，第一光纤光栅与第二光纤光栅具有不同的中心波长，通过波分复用技术接入同一光纤光栅解调仪，实现应变与温度信号的同步采集。

11、在上述技术方案中，进一步的，封装壳体的底部设有安装面，安装面通过结构胶粘贴方式固定于变压器绕组表面，封装壳体的材料为聚酰亚胺或陶瓷基复合材料，耐温范围为-40℃~150℃。

12、在上述技术方案中，进一步的，悬空封装架体为金属材质，其热膨胀系数大于光纤的热膨胀系数。

13、本发明的有益效果是：

14、1.通过回字形弹性基底将基体的长距离应变集中到短距离的光纤光栅上，并利用回形环的变形放大效应，显著提升应变灵敏度。

15、2.第二光纤光栅悬空于镂空区内，与基底无应力传递路径，彻底消除应力干扰，实现纯温度测量，测温精度可达±0.5℃。

16、3.采用双光栅架构和波分复用技术，单传感器同步获取应变与温度信号，以温度测量值对应变光栅进行温度补偿，自动分离应变和温度。

17、4.全光纤方案抗电磁干扰，封装壳体绝缘耐高温，薄片结构紧凑，可直接贴装于变压器绕组内部。

1.一种基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于：所述基底采用金属材料经线切割加工一体成型，所述左端平板(1)和所述右端平板(2)上分别开设有用于与被测基体固定的安装孔(8)。

3.根据权利要求1所述的基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于：两条所述光纤光栅粘贴臂(5)上均开设有光纤安装槽(9)，所述左端平板(1)和所述右端平板(2)上对应开设有与所述光纤安装槽(9)同轴贯通的光纤容置槽(10)，所述第一光纤光栅(6)和所述第二光纤光栅(7)的尾纤穿过所述光纤安装槽(9)和所述光纤容置槽(10)后从所述基底的两端引出。

4.根据权利要求3所述的基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于：所述光纤安装槽(9)和所述光纤容置槽(10)内填充有环氧树脂胶以固定光纤尾纤。

5.根据权利要求1所述的基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于：所述第一光纤光栅(6)与所述第二光纤光栅(7)具有不同的中心波长，通过波分复用技术接入同一光纤光栅解调仪，实现应变与温度信号的同步采集。

6.根据权利要求1所述的基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于：所述封装壳体的底部设有安装面，所述安装面通过结构胶粘贴方式固定于变压器绕组表面，所述封装壳体的材料为聚酰亚胺或陶瓷基复合材料，耐温范围为-40℃~150℃。

7.根据权利要求1所述的基于回字形基底的光纤光栅应变温度双参量传感器，其特征在于：所述悬空封装架体(12)为金属材质，其热膨胀系数大于光纤的热膨胀系数。