基于光纤光栅传感系统的电器触头温度场监测研究.rar

低压开关电器开断引起的电弧光亮度强且温度高，放电间隙内电流密度和压力大，可能导致触头过热，温度过高将造成金属材料的机械强度下降、蠕变形熔化、绝缘材料寿命缩短。因开关电器使用在高电压、大电流的环境中，当电力系统事故瞬间还出现强烈的电磁暂态过程，这些都产生强电场、磁场及强电磁干扰，一般电子类传感器以电流、电压或电阻的形式进行信号传输，测量起来比较困难。因此开关电器触头温度场检测技术的研究，对于理解燃弧机理、分析电弧特性、改善电器产品的设计和提高产品可靠性具有重要意义。 在分析光纤光栅传感器用于温度测量、开关电弧可视化仿真技术的基础上，提出了采用光纤光栅传感器对低压电器触头进行温度场监测的技术方案，研究了光纤光栅传感器的波长解调技术，提出了基于DSP 技术并采用F-P 调谐器的光纤光栅传感器解调方案。 分析了裸光纤光栅传感器的温度敏感特性，比较了光纤光栅传感器的温度增敏技术，提出了基于玻璃纤维材料的光纤光栅传感器封装方法，并针对该传感器对电器触头温度监测提出了检测试验方案，设计了传感器在低压断路器的安装结构，保证了温度、应变交叉敏感问题的合理解决，实现了触头温度的正确测量。 设计出了光纤光栅传感器的基于DSP 技术的反射波长解调方案。采用美国AD 公司的ADSP-BF531/2/3 DSP 处理器作为解调控制器。对系统中DSP 的硬件电路：复位电路、时钟电路、数模转换电路、外部程序存储器电路、整形和比较电路等分别进行了设计，并详细介绍了硬件实现方法。 在低压断路器的磁流场分析和数值传热学对流——扩散方程组的基础上，对低压断路器灭弧室温度场进行研究，在灭弧室内存在电弧和热空气，其过程为导热和热对流，并且这两个过程随触头的通断有所变化，实际为一个温度场的耦合问题。本文的研究采用简化方法，即对灭弧室内的触头通断过程看做是一个内热源发热，其热量值在通断两个过程是不一样的。本文对这一问题从传热学数值分析角度出发，采用数值传热学中控制容积平衡法对控制容积进行区域离散，并对其节点的热耦合控制方程进行方程离散，将控制容积的微分方程转化为代数方程，得到灭弧室温度场的代数方程组。