一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构

本技术涉及变压器油中溶解乙炔气体检测领域，具体涉及一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构。

背景技术：

1、在油浸式电力变压器内存在故障或故障形成过程中变压器内部绝缘材料会分解产生乙炔气体，乙炔气体会不断地溶解在变压油中。因此对变压油中溶解气体含量进行检测，可以判断变压器运行状态。使用激光检测技术能够对变压器油中溶解的故障气体的含量的监测，进而对变压器早期故障进行预判，从而对变压器进行及时维修，延长变压器的使用寿命并预防灾难性事故的发生。

2、现有红外光谱式油中溶解气体检测设备的光路结构为空间光型光学气室结构或采用单模光纤直接耦合光子晶体光纤的光纤型光学气室结构。使用空间光型光学气室结构，那么需气量会提高，需要增加取油操作，增设大型的脱气装置，从而不能实现原位探针式检测。使用单模光纤直接耦合光子晶体光纤的形式耦合损耗较大，为了提高耦合效果在单模光纤和光子晶体光纤之间增设准直器。增设准直器会增加设备体积，使用不便。

3、因此亟需一种低光路损耗的可以原位检测油中溶解气体的探针式全光纤光学气室。

技术实现思路

1、本实用新型为解决现有红外光谱式变压器油中溶解气体检测设备的气路结构和气室结构不适于原位检测的问题，提供了一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，可用于油中溶解气体原位检测，包括单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤、空芯光子晶体光纤和多模光纤结合第一fep微气腔和第二fep微气腔，减少光路耦合损耗，同时可以实现原位检测。

2、为了解决上述问题，本实用新型的技术方案是：

3、一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，包括光路部分和气室部分，所述光路部分包括单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤、空芯光子晶体光纤和多模光纤，所述单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤依次连接，单模光纤另一端连接反馈式激光器，

4、所述气室部分包括空芯光子晶体光纤的空腔、第一fep微气腔和第二fep微气腔；

5、所述渐变折射率光纤在第一fep微气腔与空芯光子晶体光纤耦合，所述第一fep微气腔与空腔连通，空腔的另一端连接第二fep微气腔，所述第二fep微气腔内设置有准直器和多模光纤，空芯光子晶体光纤在第二fep微气腔内与准直器耦合， 准直器连接多模光纤，所述多模光纤的输出端连接有近红外光电探测器。

6、进一步地，所述单模光纤、无芯光纤和渐变折射率光纤熔接固定组成smf-ncf-grin光纤。

7、进一步地，所述第一fep微气腔和第二fep微气腔均为fep材质制成的内部中空的方形结构。

8、进一步地，所述smf-ncf-grin光纤与空芯光子晶体光纤和多模光纤之间设置有陶瓷插芯，smf-ncf-grin光纤与空芯光子晶体光纤通过陶瓷插芯连接；

9、陶瓷插芯与smf-ncf-grin光纤和空芯光子晶体光纤粘接固定。

10、进一步地，其特征在于，所述第二fep微气腔设置有真空泵和流量计。

11、通过上述技术方案，本实用新型的有益效果为：

12、（1）本实用新型设置单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤、空芯光子晶体光纤和多模光纤，所述单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤依次连接。其中设置单模光纤用于和分布反馈式激光器连接，设置渐变折射率光纤，增加工作距离，修正出射光模场直径，提高与空芯光子晶体光纤耦合效率。在单模光纤和渐变折射率光纤之间增设无芯光纤，通过调整无芯光纤长度来调整渐变折射率光纤的出射光模场，同时无芯光纤也可以降低光扩散损耗；

13、准直器与多模光纤配合后能够使更多的光被近红外光电探测器接收，增加耦合效率，提高吸收高信号信噪比。

14、（2）本实用新型使用空芯光子晶体光纤降低了检测需气量，在于第一fep微气腔和第二fep微气腔组合后，以将气室部分直接作为探针放在不用取出的变压器油中，这样就是实现了故障变压器的原位监测。

15、（3）本实用新型通过第二fep微气腔结合真空泵可以有效提高油、气分离速度，进而提高系统响应速度。

技术特征：

1.一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，包括光路部分和气室部分，其特征在于，所述光路部分包括单模光纤（2）、无芯光纤（3）、渐变折射率光纤（4）、空芯光子晶体光纤（5）和多模光纤（6），所述单模光纤（2）、无芯光纤（3）、渐变折射率光纤（4）依次连接，单模光纤（2）另一端连接反馈式激光器；

2.根据权利要求1所述的一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，其特征在于，所述单模光纤（2）、无芯光纤（3）和渐变折射率光纤（4）熔接固定组成smf-ncf-grin光纤。

3.根据权利要求1所述的一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，其特征在于，所述第一fep微气腔（8）和第二fep微气腔（9）均为fep材质制成的内部中空的方形结构。

4.根据权利要求2所述的一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，其特征在于，所述smf-ncf-grin光纤与空芯光子晶体光纤（5）和多模光纤（6）之间设置有陶瓷插芯，smf-ncf-grin光纤与空芯光子晶体光纤（5）通过陶瓷插芯连接；

5.根据权利要求1所述的一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，其特征在于，所述第二fep微气腔（9）设置有真空泵（11）和流量计（12）。

技术总结本技术涉及一种油中溶解乙炔气体检测用全光纤型光学气室结构，包括单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤、空芯光子晶体光纤和多模光纤，单模光纤、无芯光纤、渐变折射率光纤依次连接；气室部分包括空芯光子晶体光纤的空腔、第一FEP微气腔和第二FEP微气腔；渐变折射率光纤在第一FEP微气腔内与空芯光子晶体光纤耦合，第二FEP微气腔内设置有准直器和多模光纤，空芯光子晶体光纤在第二FEP微气腔内与准直器耦合，多模光纤的输出端连接近红外光电探测器。本技术有效提高耦合效率、降低模式噪声、提高红外气体吸收信号的信噪比，并且需气量小可以将其作为探针直接放在变压器中进行检测。技术研发人员：余迪,舒方杰,王蒙,孙春志受保护的技术使用者：商丘师范学院技术研发日：20231130技术公布日：2024/7/25