大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統的應用

劉剛

摘要：本文主要針對大功率發射機的核心高壓器件，在復雜的高頻電磁環境中應用光纖光柵溫度監測系統，對運行中的大功率發射機的核心高壓器件， 時時的溫度的檢測和預警，確保發射機的安全運行。

關鍵詞：發射機;光柵;光纖;溫度監測

中圖分類號：TP212 文獻標識碼：A 文章編號：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

由于大功率廣播短波發射機具有大功率、熱量多、散熱難等特點，核 心高壓器件（高前電子管、高末電子管、高末調諧調配電容等高頻器件以 及變壓器、互感器、整流器等）。這些元器件在工作過程中會產生大量的熱 量，散熱效果不好，溫度過高容易造成發射機內部元器件的老化，影響使 用壽命，甚至導致威脅發射機的器件工作異常，效率降低。

在實際播音中發射機的核心高壓器件都為密封并處于高壓連鎖狀態， 播音中值班員進行巡視發射機狀態時，無法監測到設備運行狀態下高壓器件溫度變化;無線測溫設備在發射機內部高頻、高壓和強電磁干擾等環境下測量結果誤差大，不能準確體現實際溫度;溫度貼片測溫法是根據色片顏色隨溫度的不同變化，測溫準確度低，可靠性差。因此實際運行中對大功率短波發射機各部位核心高壓器件的溫度很難進行實時監控和管理。

為了克服實際工作中存在的問題，我們采用最先進的光纖光柵技術開發對短波發射機核心高壓器件實時溫度監測系統，克服現溫設備在發射機內部高頻、高壓和強電磁干擾無法測量問題;測溫效果不佳、測量精 度低等復雜環境下正常工作的問題，并能及時發現大功率廣播短波發射機內核心高壓大功率元器件的溫度異常問題。

2 大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統概述

大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統結構如圖 1 所示，由被測點、光纖光柵傳感器組成的光纖光柵傳感器陣列、光分路盒、光路耦 合器、掃描光源、同步控制單元、分光器、光電檢測信號放大器、光纖光柵 傳感器智能解調儀、遠程客戶端、服務器和報警器等組成。所述內部被測點包括高壓柜、低壓柜、PSM 調制變壓器、控制機箱母線排、電子管進出水、末級電子管整流橋、高末調諧電容、阻抗匹配電容，被測點一般選取根 據實際運行的大電流接點、溫度可能最高點等。

圖 1 大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統

3 大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統工作原理

大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統通過光路耦合器連接于掃描光源的輸出端和分光器的輸入端，掃描光源的控制端連接同步控制單元的輸出端，服務器與同步控制單元的輸入端相連，其根據服務器發出的指令控制和時時自動掃描光源同步產生激光，分光器接收并處理來自光路耦合器發出的信號，通過光纜傳輸，并將處理結果傳給光電檢測信號放大器，然后經光纖光柵傳感器智能解調儀進行解調，服務器或者遠程客戶端對來自光纖光柵傳感器智能解調儀的信息進行分析處理，獲得相應測點的實時溫度數據;服務器將所述時時溫度數據與發射機內部測點預先設定的溫度閾值進行比較并控制報警裝置開啟或關閉。

3.1 光纖光柵溫度傳感器。光纖光柵傳感器對溫度的變化比較敏感， 用其測量發射機高壓器件的溫度性能優越：靈敏度高、抗電磁輻射、重復性好。傳感器之間組網布設方便，可根據實際相互串接和并聯自由組合。其主要作用為：檢測發射機高壓器件的工作溫度變化，實時發送溫度信息

至光纖光柵傳感智能解調儀。RBC-T01 型溫度傳感器采用耐高溫、絕緣高的高分子材料對光纖光柵進行封裝，完全能適應發射機內部高頻、高壓和強電磁干擾等復雜環境。

3.2 光纖光柵智能解調儀。解調儀內置高性能處理器，具有采樣頻次高、解調精度高、測量精度高等特點，可通過網口向數據庫服務器傳送溫 度信號，由系統軟件實現數據處理、故障分析、告警等功能。

3.3 數據處理部分。數據處理部分由服務器完成，安裝 WindowsServer 2008R2 系統與 SQLServer2005 數據庫共同構成了數據庫服務器，數據庫服務器把光纖光柵智能解調儀傳輸的溫度信號數據進行分析整理，為用戶提供存儲、查詢、更新、索引等服務。后臺程序采用 java 語言開發，其層次結構為 C/S 結構，為“大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統

‘整合所有的數據，其中包括各監測點名稱，歷史表值，實時表值，報警表值，表值時間等。預留接口便于日后拓展使用。

3.4 客戶端部分。大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統基于

JAVA 平臺，采用 Swing 開發工具通過網絡通信協議與服務器端實時的進行數據交互具有實時顯示發射機各個監測點的溫度值，將以上參數進行綜合分析，判斷發射機的運行狀態。報警設置、報警記錄、歷史記錄分析等功能。

4 大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統功能

系統可以選擇不同的監測點，查看它的實時曲線，歷史溫度、報警溫 度等信息。每個測溫點采集程序都會頻繁的收集它的實時溫度數據傳送到服務器上，處理后入庫。后臺系統維護功能主要給管理員提供系統日常 維護功能，包括系統初始化，日志查看，備份等功能。此外，系統還輔助提供報表打印的功能。

圖 2 系統數據查詢流程

4.1 實時界面顯示。實時界面顯示模塊完成了對監測點溫度的實時監 測界面顯示，如圖 3 所示，監測界面采用柱狀圖形式將實時采集到的溫度進行呈現，也可通過選擇界面中的選項卡進入到發射機監測點面，不僅可以完整清晰發射機供電系統接線端子實時溫度，并且還可以查看電容所在射頻通路上的位置及實時溫度。

圖 3 實時界面顯示

4.2 歷史數據查詢。在查詢工具欄中可以選擇設定時間段，進行歷史數據的查詢;歷史數據查詢模塊既可以曲線的形式表示也可以報表的形式進行查詢。在歷史數據查詢中，可以選擇需要監測點，按照分、時、日、 月、年和自定義進行查詢。歷史曲線在曲線圖的縱坐標（溫度值）、橫坐標

（時間）的值，曲線呈現出在此段時間內監測點變化范圍。

4.3報警界面顯示。報警貫穿于整個系統中，從服務器到客戶端，都需要第一時間顯示報警信息。聲光報警是客戶端采用的形式。其中，光 報警表現在不同顏色代表測點了作狀態的不同，綠色表示正常，紅色則表示一 級報警指示，黃色則表示二級報警指示。當溫度超過二級報警溫度綠燈會變成 黃色同時有聲音提示，當溫度超過一級溫度燈會變成紅色同時有聲音提示。

4.4 報警數據查詢。報警數據查詢模塊可以滿足用戶對測點報警數據查詢的需要，在此，以表格的形式直觀顯示特定通道下、特定分區的越限 溫度值。可以對需要查詢的測點進行查詢，選擇好通道和分區后，可以選擇要查詢的時間段，進行查詢。如：起始時間 2017-8-1，結束日期為2017-11-20，報表中就會顯示出這110天里監測點越限溫度值。

5 大功率廣播短波發射機光纖光柵溫度監測系統創新點

5.1 光纖光柵傳感器采用光波調制的方法進行測量，具有重復性好、傳輸損耗小等優點。能夠在廣播短波發射機強電磁干擾的環境下正常的工作，不受電磁場干擾，靈敏度高，零偏值不漂移測量精度高，適于遠程監控。

5.2 設備溫度異常時及時告警，維護人員根據系統提供數據分析，能夠快速找到故障點及時處理，準確定位，方便處理，減少停播率。

6 結束語

分析近幾年調試與維護過程中損壞的電容發現，真空電容故障形成發 展的過程大致分為以下幾個步驟：真空電容器件溫度上升→發射機狀態失 諧→屏耗增加→發射機頻繁掉高壓→真空電容擊穿。大功率廣播短波發射 機光纖光柵溫度監測系統的應用在發射機播出階段發揮了巨大的作用，及 時準確對真空電容溫度的進行監測，使得值班人員第一時間對發射機末級 進行調整，避免 10 余次真空電容擊穿，減少經濟損失多達幾十萬元。

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