大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统的应用

刘刚

摘要：本文主要针对大功率发射机的核心高压器件，在复杂的高频电磁环境中应用光纤光栅温度监测系统，对运行中的大功率发射机的核心高压器件， 时时的温度的检测和预警，确保发射机的安全运行。

关键词：发射机;光栅;光纤;温度监测

中图分类号：TP212 文献标识码：A 文章编号：1672-9129（2017）09-046-02

Abstract： In this paper， we focus on the core high-voltage devices of high-power transmitters， and apply FBG temperature monitoring system in complex high-frequency electromagnetic environment to detect and warn the high voltage devices in operation， To ensure the safe operation of the transmitter.

Key words： Transmitter; Grating; Optical fiber; Temperature monitoring

1 引言

由于大功率广播短波发射机具有大功率、热量多、散热难等特点，核 心高压器件（高前电子管、高末电子管、高末调谐调配电容等高频器件以 及变压器、互感器、整流器等）。这些元器件在工作过程中会产生大量的热 量，散热效果不好，温度过高容易造成发射机内部元器件的老化，影响使 用寿命，甚至导致威胁发射机的器件工作异常，效率降低。

在实际播音中发射机的核心高压器件都为密封并处于高压连锁状态， 播音中值班员进行巡视发射机状态时，无法监测到设备运行状态下高压器件温度变化;无线测温设备在发射机内部高频、高压和强电磁干扰等环境下测量结果误差大，不能准确体现实际温度;温度贴片测温法是根据色片颜色随温度的不同变化，测温准确度低，可靠性差。因此实际运行中对大功率短波发射机各部位核心高压器件的温度很难进行实时监控和管理。

为了克服实际工作中存在的问题，我们采用最先进的光纤光栅技术开发对短波发射机核心高压器件实时温度监测系统，克服现温设备在发射机内部高频、高压和强电磁干扰无法测量问题;测温效果不佳、测量精 度低等复杂环境下正常工作的问题，并能及时发现大功率广播短波发射机内核心高压大功率元器件的温度异常问题。

2 大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统概述

大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统结构如图 1 所示，由被测点、光纤光栅传感器组成的光纤光栅传感器阵列、光分路盒、光路耦 合器、扫描光源、同步控制单元、分光器、光电检测信号放大器、光纤光栅 传感器智能解调仪、远程客户端、服务器和报警器等组成。所述内部被测点包括高压柜、低压柜、PSM 调制变压器、控制机箱母线排、电子管进出水、末级电子管整流桥、高末调谐电容、阻抗匹配电容，被测点一般选取根 据实际运行的大电流接点、温度可能最高点等。

图 1 大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统

3 大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统工作原理

大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统通过光路耦合器连接于扫描光源的输出端和分光器的输入端，扫描光源的控制端连接同步控制单元的输出端，服务器与同步控制单元的输入端相连，其根据服务器发出的指令控制和时时自动扫描光源同步产生激光，分光器接收并处理来自光路耦合器发出的信号，通过光缆传输，并将处理结果传给光电检测信号放大器，然后经光纤光栅传感器智能解调仪进行解调，服务器或者远程客户端对来自光纤光栅传感器智能解调仪的信息进行分析处理，获得相应测点的實时温度数据;服务器将所述时时温度数据与发射机内部测点预先设定的温度阈值进行比较并控制报警装置开启或关闭。

3.1 光纤光栅温度传感器。光纤光栅传感器对温度的变化比较敏感， 用其测量发射机高压器件的温度性能优越：灵敏度高、抗电磁辐射、重复性好。传感器之间组网布设方便，可根据实际相互串接和并联自由组合。其主要作用为：检测发射机高压器件的工作温度变化，实时发送温度信息

至光纤光栅传感智能解调仪。RBC-T01 型温度传感器采用耐高温、绝缘高的高分子材料对光纤光栅进行封装，完全能适应发射机内部高频、高压和强电磁干扰等复杂环境。

3.2 光纤光栅智能解调仪。解调仪内置高性能处理器，具有采样频次高、解调精度高、测量精度高等特点，可通过网口向数据库服务器传送温 度信号，由系统软件实现数据处理、故障分析、告警等功能。

3.3 数据处理部分。数据处理部分由服务器完成，安装 WindowsServer 2008R2 系统与 SQLServer2005 数据库共同构成了数据库服务器，数据库服务器把光纤光栅智能解调仪传输的温度信号数据进行分析整理，为用户提供存储、查询、更新、索引等服务。后台程序采用 java 语言开发，其层次结构为 C/S 结构，为“大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统

‘整合所有的数据，其中包括各监测点名称，历史表值，实时表值，报警表值，表值时间等。预留接口便于日后拓展使用。

3.4 客户端部分。大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统基于

JAVA 平台，采用 Swing 开发工具通过网络通信协议与服务器端实时的进行数据交互具有实时显示发射机各个监测点的温度值，将以上参数进行综合分析，判断发射机的运行状态。报警设置、报警记录、历史记录分析等功能。

4 大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统功能

系统可以选择不同的监测点，查看它的实时曲线，历史温度、报警温 度等信息。每个测温点采集程序都会频繁的收集它的实时温度数据传送到服务器上，处理后入库。后台系统维护功能主要给管理员提供系统日常 维护功能，包括系统初始化，日志查看，备份等功能。此外，系统还辅助提供报表打印的功能。

圖 2 系统数据查询流程

4.1 实时界面显示。实时界面显示模块完成了对监测点温度的实时监 测界面显示，如图 3 所示，监测界面采用柱状图形式将实时采集到的温度进行呈现，也可通过选择界面中的选项卡进入到发射机监测点面，不仅可以完整清晰发射机供电系统接线端子实时温度，并且还可以查看电容所在射频通路上的位置及实时温度。

图 3 实时界面显示

4.2 历史数据查询。在查询工具栏中可以选择设定时间段，进行历史数据的查询;历史数据查询模块既可以曲线的形式表示也可以报表的形式进行查询。在历史数据查询中，可以选择需要监测点，按照分、时、日、 月、年和自定义进行查询。历史曲线在曲线图的纵坐标（温度值）、横坐标

（时间）的值，曲线呈现出在此段时间内监测点变化范围。

4.3报警界面显示。报警贯穿于整个系统中，从服务器到客户端，都需要第一时间显示报警信息。声光报警是客户端采用的形式。其中，光 报警表现在不同颜色代表测点了作状态的不同，绿色表示正常，红色则表示一 级报警指示，黄色则表示二级报警指示。当温度超过二级报警温度绿灯会变成 黄色同时有声音提示，当温度超过一级温度灯会变成红色同时有声音提示。

4.4 报警数据查询。报警数据查询模块可以满足用户对测点报警数据查询的需要，在此，以表格的形式直观显示特定通道下、特定分区的越限 温度值。可以对需要查询的测点进行查询，选择好通道和分区后，可以选择要查询的时间段，进行查询。如：起始时间 2017-8-1，结束日期为2017-11-20，报表中就会显示出这110天里监测点越限温度值。

5 大功率广播短波发射机光纤光栅温度监测系统创新点

5.1 光纤光栅传感器采用光波调制的方法进行测量，具有重复性好、传输损耗小等优点。能够在广播短波发射机强电磁干扰的环境下正常的工作，不受电磁场干扰，灵敏度高，零偏值不漂移测量精度高，适于远程监控。

5.2 设备温度异常时及时告警，维护人员根据系统提供数据分析，能够快速找到故障点及时处理，准确定位，方便处理，减少停播率。

6 结束语

分析近几年调试与维护过程中损坏的电容发现，真空电容故障形成发 展的过程大致分为以下几个步骤：真空电容器件温度上升→发射机状态失 谐→屏耗增加→发射机频繁掉高压→真空电容击穿。大功率广播短波发射 机光纤光栅温度监测系统的应用在发射机播出阶段发挥了巨大的作用，及 时准确对真空电容温度的进行监测，使得值班人员第一时间对发射机末级 进行调整，避免 10 余次真空电容击穿，减少经济损失多达几十万元。

参考文献：

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