一种倾斜光纤光栅微水传感器及其制造方法与应用与流程

本发明属于高压电气设备监测，更具体地涉及一种倾斜光纤光栅微水传感器及其制造方法与应用。

背景技术：

1、气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,gis)凭借卓越绝缘性能、紧凑结构以及高可靠性在电力系统中占据重要地位，其稳定运行是电力供应稳定的基石。gis常处恶劣环境，水易侵入导致sf6气体湿度增加，降低绝缘性能，增加放电风险，缩短寿命，并促生腐蚀性毒气，损害设备并威胁人员安全。因此，监测gis内sf6微水含量对保障设备安全运行至关重要。

2、目前，电力系统对gis内部绝缘气体微水含量的检测方法主要涵盖露点仪检测法以及采用电容式湿度传感器或电阻式湿度传感器检测法。露点仪检测法通过连接gis设备的出气口，使sf6气体持续稳定释放，进而由露点仪读取sf6微水含量。然而，这种方法每次检测均需消耗sf6气体，且无法实现设备内部的实时在线监测。尽管电容式湿度传感器和电阻式湿度传感器以其小巧、高灵敏度和连续监测能力受到青睐，但它们也同样并不适用于gis内部。首先，这类传感器需要外部供电，这在gis内部难以实现；其次，其电子元件可能对gis内部电场分布产生干扰，且信号传输易受电磁影响。

3、近年来，光纤湿度传感器因其无源、小巧和抗电磁干扰等特性，成为电气设备湿度在线监测的理想选择。光纤光栅传感器是将外界信号转换为电信号进行分析，其体积小、耐腐蚀、传输损耗小、测量范围广，尤其适合在恶劣环境和狭小空间中使用。然而，现有的光纤湿度传感器尚无法直接应用于gis内部绝缘气体微水含量的检测。因此，针对gis内部绝缘气体微水含量的检测有必要提出一种新方案，以克服现有技术的不足。

技术实现思路

1、基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本发明的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本发明的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种倾斜光纤光栅微水传感器及其制造方法与应用。

2、为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

3、第一方面，本发明提供一种倾斜光纤光栅微水传感器，包括倾斜光纤光栅；所述倾斜光纤光栅具有栅区，所述栅区表面固定有多层氧化石墨烯膜。

4、作为一种优选的方案，所述栅区的倾角范围为[7°,9°]和/或所述栅区的长度范围为[0.8cm,1.5cm]和/或所述氧化石墨烯膜层数的设置范围为[4,6]和/或每层所述氧化石墨烯膜的厚度为范围为[40nm,60nm]。

5、第二方面，本发明提供一种如第一方面所述倾斜光纤光栅微水传感器的制造方法，包括步骤：将倾斜光纤光栅浸没在氧化石墨烯分散液中并进行一次加热，以使得氧化石墨烯沉积在倾斜光纤光栅表面；吸出氧化石墨烯分散液后进行二次加热，以使得氧化石墨烯膜与倾斜光纤光栅结合牢固；重复上述步骤以得到多层复合的倾斜光纤光栅微水传感器。

6、作为一种优选的方案，上述步骤之前还包括步骤：

7、将氧化石墨烯加入水中，搅拌得到均一所述氧化石墨烯分散液；

8、所述氧化石墨烯片的片径范围为[50nm,200nm]和/或所述氧化石墨烯分散液的浓度范围为[1.5mg/ml,2.5mg/ml]。

9、作为一种优选的方案，所述氧化石墨烯分散液的体积范围为[40ml,60ml]和/或所述吸出氧化石墨烯分散液为用注射器将所述氧化石墨烯分散液吸出体积范围为[8ml,12ml]。

10、作为一种优选的方案，所述一次加热的温度范围为[45℃,55℃]和/或时长范围为[8min,12min]和/或所述二次加热的温度范围为[45℃,55℃]和/或时长范围为[8min,12min]。

11、第三方面，本发明提供一种基于如第一方面所述倾斜光纤光栅微水传感器的gis内置式微水检测装置：

12、包括所述倾斜光纤光栅微水传感器以及用于安装其的安装模块；

13、还包括与所述倾斜光纤光栅微水传感器连接用于分析gis内微水含量的分析模块。

14、作为一种优选的方案，所述安装模块包括gis盖板；

15、所述gis盖板内侧设置有用于固定所述倾斜光纤光栅微水传感器的固定区。

16、作为一种优选的方案，所述分析模块包括用于提供光源的光源组件、用于引导光传输的传输组件、用于分析光谱的分析组件；所述倾斜光纤光栅微水传感器包括输入端和输出端；所述传输组件包括与所述输入端和所述输出端分别连接的第一单模光纤和第二单模光纤；所述第二单模光纤与所述分析组件连接。

17、作为一种优选的方案，所述gis盖板上设置有用于连接所述第一单模光纤和所述第二单模光纤的连接孔；所述安装模块还包括用于固定所述gis盖板与所述第一单模光纤的连接、所述gis盖板与所述第二单模光纤的连接的固定件。

18、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

19、1.在倾斜光纤光栅的栅区表面固定多层氧化石墨烯，多层氧化石墨烯膜吸水或脱水引起膜折射率改变，倾斜光纤光栅通过倏逝场感知表面膜折射率的变化引起透射光谱的偏移，通过检测透射光谱的波谷波长偏移量即可获得gis设备内的微水含量，所述倾斜光纤光栅微水传感器凭借其独特的结构设计和材料选择，不仅具有极高的检测精度，而且可靠性高，保证了在gis内部直接测量sf6气体微水含量时的高性能表现。

20、2.所述倾斜光纤光栅微水传感器采用绝缘材料制造，信号传输不受电磁干扰，这极大地提高了传感器在复杂电磁环境下的稳定性和可靠性，尤其适用于高电压、高电磁场的gis设备。

21、3.结合氧化石墨烯的高吸水性特性，所述倾斜光纤光栅微水传感器对微水含量的变化具有极高的灵敏度，能够迅速、准确地响应gis内部微水含量的微小波动。

22、4.本发明采用的加热沉积镀膜法，成功实现了氧化石墨烯在倾斜光纤光栅表面的多层沉积，这种多层结构不仅增强了传感器的灵敏度和稳定性，而且通过两步加热法大大提高了镀膜的可靠性。

23、5.所述gis内置式微水检测装置通过内置所述倾斜光纤光栅微水传感器，能够实时监测gis设备内微水含量的变化。当gis设备内微水含量改变时，倾斜光纤光栅表面的氧化石墨烯膜会吸水或脱水，从而引起倾斜光纤光栅周围折射率改变，通过检测倾斜光纤光栅的高阶包层模式波长变化，实现了对sf6气体微水含量的高灵敏度检测。

24、6.所述gis内置式微水检测装置还设计了所述安装模块，实现了传感系统与gis设备的一体化安装，不仅提高了气密性，而且实现了传感器的内置，进一步增强了传感器的稳定性和可靠性。

25、进一步地或者更细节的有益效果将在具体实施方式中结合具体实施例进行说明。

1.一种倾斜光纤光栅微水传感器，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的倾斜光纤光栅微水传感器，其特征在于：

3.一种如权利要求1或2所述倾斜光纤光栅微水传感器的制造方法，其特征在于，包括步骤：

4.根据如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，上述步骤之前还包括步骤：将氧化石墨烯加入水中，搅拌得到均一所述氧化石墨烯分散液；

5.根据如权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于：

6.根据如权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于：

7.一种基于如权利要求1或2所述倾斜光纤光栅微水传感器的gis内置式微水检测装置，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的gis内置式微水检测装置，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的gis内置式微水检测装置，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的gis内置式微水检测装置，其特征在于：