بخشی از مقاله
چکیده -در این مقاله حسگر فیبر نوری بر پایهی تداخلسنج ماخ-زندر بهمنظور تشخیص و اندازهگیری موج صوتی گزارش شده است. این حسگر توانایی دریافت موج فراصوت با فرکانسهای 10 کیلوهرتز تا 80 کیلوهرتز را در هوا و بسامدهای بالاتر تا حدود 310 کیلوهرتز را داخل مخزن آب داراست. پیشبینی میشود این حسگر قابلیت دریافت امواج فراصوت حاصل از تخلیهی جزئی را داخل مایعات نیمه عایق مانند روغن خراب ترانسفورماتور نیز داشته باشد.
-1 مقدمه
ترانسفوماتور ابزار مفیدی در شبکههای انتقال انرژی الکتریکی است. با توجه به کاربرد گستردهی این وسیله در صنعت برق و هزینهی بالای ساخت و تعمیر آن، حفظ و نگهداری از ترانسفورماتورها از اهمیت بسزایی برخوردار است. از روغن بهعنوان خنک کننده در ترانسفورماتور استفاده میشود. روغن ترانسفوماتور باید دارای ویژگیهایی نظیر گرانروی پایین، نقطهی ریزش پایین، توانایی بالا در انتقال حرارت، نقطهی اشتعال بالا و عایق بودن باشد. بالا بودن میزان عایقی از مهمترین ویژگیهای روغن ترانسفورماتور محسوب میشود.
هرگونه عوامل خارجی مانند تنشهای الکتریکی، رطوبت و غیره میتواند موجب کاهش میزان عایق بودن روغن شود. کاهش میزان عایقی روغن، منجر به تخلیهی جزئی که یک جریان لحظهای است میشود. لذا یکی از راههای تشخیص خرابی روغن ترانسفورماتور، اندازهگیری تخلیهی جزئی داخل آن است .[1] بهواسطهی ایجاد هر تخلیهی جزئی، طیف گستردهای از امواج الکترومغناطیسی و صوتی تولید میشود. همچنین تخلیهی جزئی منجر به تولید گازهای شیمیایی در اثر اندرکنش - اکسایش - با محیط اطراف خود میگردد. روشهای مختلفی برای تشخیص تخلیهی جزئی در روغن وجود دارد که بهعنوان نمونه میتوان به آنالیز گازهای شیمیایی حل شده در روغن، استفاده از حسگرهای صوتی و حسگرهای فرکانس فرا بلند - UHF - اشاره نمود.
یکی از مناسبترین روشهای تشخیص تخلیهی جزئی، استفاده از حسگر فیبر نوری است. با توجه به ویژگیهای حسگر فیبر نوری مانند حساسیت بالا، ارزان بودن، عدم ایجاد تداخل الکترومغناطیسی در آن، توانایی کار در محیطهای خشن و عایق بودن، این نوع حسگر در سالهای اخیر مورد توجه ویژهای قرار گرفته است. در این مقاله گزارش ساخت حسگر فیبر نوری بر مبنای تداخلسنج ماخ زندر بهمنظور اندازهگیری فشار صوتی ناشی از تخلیهی جزئی بیان شده است.
نتایج آزمایشگاهی مؤید توانایی حسگر ساخته شده بهمنظور اندازهگیری بسامد امواج صوتی پیوسته و همچنین تشخیص تخلیهی جزئی در فضای آزاد و نیز داخل مخزن آب میباشد. این مقاله شامل سه بخش است. در بخش - 2 - ، مبانی نظری حسگر فیبرنوری تداخلسنج ماخ-زندر بیان شده است. بخش - - 3، توضیحات مربوط به چیدمان آزمایشگاهی و نتایج حاصل از آزمایشات تجربی را دربر میگیرد. در نهایت در بخش - 4 - نتیجهگیری صورت گرفته است.
-2 مبانی نظری
حسگر فیبر نوری مبتنی بر تداخلسنج ماخزندر، شامل دو پیچهی فیبرنوری تک مد و دو جفتکنندهی نوری میباشد. این حسگر یک حسگر ذاتی است، بدین معنی که اختلالهای محیطی بهطور مستقیم بر خود فیبر اثر میگذارد. شکل 1 تصویری شماتیک از پیچهی حسگر ساخته شده را نشان میدهد. انتقال موج صوتی در یک محیط مادی از طریق انتقال فشار ناشی از صوت بصورت طولی صورت میگیرد. فشار موج صوتی باعث ایجاد تنش در فیبر نوری میشود. تنش ناشی از صوت، فاز مد نوری انتشاری در فیبر را تغییر میدهد. با تعیین تغییرات فاز مد انتشاری میتوان بسامد و شدت موج صوتی را اندازهگیری نمود.
نور لیزر با طول موج1550 نانومتر پس از تقسیم شدن به دو مقدار برابر، به دو پیچهی فیبر نوری در دو بازوی تداخلسنج ماخ-زندر میرسد. یکی از پیچهها فیبری روکشدار است که فشار ناشی از موج صوتی بر آن اثری ندارد. در بازوی دیگر تداخلسنج، پیچهای از یک فیبر بدون روکش بهمنظور حسگر فیبری استفاده شده است. نورهای انتشاری از این دو پیچه توسط جفتکنندهی فیبری با هم ترکیب میشوند. در نهایت شدت خروجی از فیبر توسط یک دیود نوری آشکار و با استفاده از یک اسیلوسکوپ 100 مگاهرتزی ثبت میشود. اطلاعات ثبت شده بهمنظور آنالیز به رایانه منتقل میشود.
عملکرد حسگر فیبری با استفاده از یک مولد سیگنال و یک ارتعاشگر پیزو مورد آزمایش قرار گرفته است. نمونهای از نتایج ثبت شده توسط حسگر فیبر نوری برای بسامدهای گوناگون در شکل 3 نشان داده شده است. همانطور که این شکل نشان میدهد سیگنال پاسخ حسگر و فرکانس مربوط به آن مطابق با سیگنال و فرکانس اعمالی توسط پیزو میباشد. این نتایج مؤید عملکرد صحیح حسگر است. شکل:3 سیگنال تولیدی مولد سیگنال - a - و تبدیل فوریهی آن - b - با بسامد 79/2 کیلوهرتز و سیگنال پاسخ حسگر - c - و تبدیل فوریهی آن - d - با بسامد 79/1 کیلوهرتز بهمنظور بررسی عملکرد حسگر در روغن یک ترانسفورماتور، این مقاله به شرط در دسترس بودن در وبگاه www.opsi.ir معتبر است.
