劉剛

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

關(guān)鍵詞：發(fā)射機;光柵;光纖;溫度監(jiān)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(fā)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(diào)諧調(diào)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(chǎn)生大量的熱 量，散熱效果不好，溫度過高容易造成發(fā)射機內(nèi)部元器件的老化，影響使 用壽命，甚至導致威脅發(fā)射機的器件工作異常，效率降低。

在實際播音中發(fā)射機的核心高壓器件都為密封并處于高壓連鎖狀態(tài)， 播音中值班員進行巡視發(fā)射機狀態(tài)時，無法監(jiān)測到設(shè)備運行狀態(tài)下高壓器件溫度變化;無線測溫設(shè)備在發(fā)射機內(nèi)部高頻、高壓和強電磁干擾等環(huán)境下測量結(jié)果誤差大，不能準確體現(xiàn)實際溫度;溫度貼片測溫法是根據(jù)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(fā)射機各部位核心高壓器件的溫度很難進行實時監(jiān)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(shù)開發(fā)對短波發(fā)射機核心高壓器件實時溫度監(jiān)測系統(tǒng)，克服現(xiàn)溫設(shè)備在發(fā)射機內(nèi)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(huán)境下正常工作的問題，并能及時發(fā)現(xiàn)大功率廣播短波發(fā)射機內(nèi)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(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)概述

大功率廣播短波發(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(diào)儀、遠程客戶端、服務(wù)器和報警器等組成。所述內(nèi)部被測點包括高壓柜、低壓柜、PSM 調(diào)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(diào)諧電容、阻抗匹配電容，被測點一般選取根 據(jù)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(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)

3 大功率廣播短波發(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)工作原理

大功率廣播短波發(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)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(wù)器與同步控制單元的輸入端相連，其根據(jù)服務(wù)器發(fā)出的指令控制和時時自動掃描光源同步產(chǎn)生激光，分光器接收并處理來自光路耦合器發(fā)出的信號，通過光纜傳輸，并將處理結(jié)果傳給光電檢測信號放大器，然后經(jīng)光纖光柵傳感器智能解調(diào)儀進行解調(diào)，服務(wù)器或者遠程客戶端對來自光纖光柵傳感器智能解調(diào)儀的信息進行分析處理，獲得相應測點的實時溫度數(shù)據(jù);服務(wù)器將所述時時溫度數(shù)據(jù)與發(fā)射機內(nèi)部測點預先設(shè)定的溫度閾值進行比較并控制報警裝置開啟或關(guān)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(fā)射機高壓器件的溫度性能優(yōu)越：靈敏度高、抗電磁輻射、重復性好。傳感器之間組網(wǎng)布設(shè)方便，可根據(jù)實際相互串接和并聯(lián)自由組合。其主要作用為：檢測發(fā)射機高壓器件的工作溫度變化，實時發(fā)送溫度信息

至光纖光柵傳感智能解調(diào)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(fā)射機內(nèi)部高頻、高壓和強電磁干擾等復雜環(huán)境。

3.2 光纖光柵智能解調(diào)儀。解調(diào)儀內(nèi)置高性能處理器，具有采樣頻次高、解調(diào)精度高、測量精度高等特點，可通過網(wǎng)口向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器傳送溫 度信號，由系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理、故障分析、告警等功能。

3.3 數(shù)據(jù)處理部分。數(shù)據(jù)處理部分由服務(wù)器完成，安裝 WindowsServer 2008R2 系統(tǒng)與 SQLServer2005 數(shù)據(jù)庫共同構(gòu)成了數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫服務(wù)器把光纖光柵智能解調(diào)儀傳輸?shù)臏囟刃盘枖?shù)據(jù)進行分析整理，為用戶提供存儲、查詢、更新、索引等服務(wù)。后臺程序采用 java 語言開發(fā)，其層次結(jié)構(gòu)為 C/S 結(jié)構(gòu)，為“大功率廣播短波發(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)

‘整合所有的數(shù)據(jù)，其中包括各監(jiān)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(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)基于

JAVA 平臺，采用 Swing 開發(fā)工具通過網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議與服務(wù)器端實時的進行數(shù)據(jù)交互具有實時顯示發(fā)射機各個監(jiān)測點的溫度值，將以上參數(shù)進行綜合分析，判斷發(fā)射機的運行狀態(tài)。報警設(shè)置、報警記錄、歷史記錄分析等功能。

4 大功率廣播短波發(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)功能

系統(tǒng)可以選擇不同的監(jiān)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(shù)據(jù)傳送到服務(wù)器上，處理后入庫。后臺系統(tǒng)維護功能主要給管理員提供系統(tǒng)日常 維護功能，包括系統(tǒng)初始化，日志查看，備份等功能。此外，系統(tǒng)還輔助提供報表打印的功能。

圖 2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)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(jiān)測點溫度的實時監(jiān) 測界面顯示，如圖 3 所示，監(jiān)測界面采用柱狀圖形式將實時采集到的溫度進行呈現(xiàn)，也可通過選擇界面中的選項卡進入到發(fā)射機監(jiān)測點面，不僅可以完整清晰發(fā)射機供電系統(tǒng)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(shù)據(jù)查詢。在查詢工具欄中可以選擇設(shè)定時間段，進行歷史數(shù)據(jù)的查詢;歷史數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)查詢中，可以選擇需要監(jiān)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(xiàn)出在此段時間內(nèi)監(jiān)測點變化范圍。

4.3報警界面顯示。報警貫穿于整個系統(tǒng)中，從服務(wù)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(xiàn)在不同顏色代表測點了作狀態(tài)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(shù)據(jù)查詢。報警數(shù)據(jù)查詢模塊可以滿足用戶對測點報警數(shù)據(jù)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(qū)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(qū)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(jié)束日期為2017-11-20，報表中就會顯示出這110天里監(jiān)測點越限溫度值。

5 大功率廣播短波發(fā)射機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)創(chuàng)新點

5.1 光纖光柵傳感器采用光波調(diào)制的方法進行測量，具有重復性好、傳輸損耗小等優(yōu)點。能夠在廣播短波發(fā)射機強電磁干擾的環(huán)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(jiān)控。

5.2 設(shè)備溫度異常時及時告警，維護人員根據(jù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)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(jié)束語

分析近幾年調(diào)試與維護過程中損壞的電容發(fā)現(xiàn)，真空電容故障形成發(fā) 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(fā)射機狀態(tài)失 諧→屏耗增加→發(fā)射機頻繁掉高壓→真空電容擊穿。大功率廣播短波發(fā)射 機光纖光柵溫度監(jiān)測系統(tǒng)的應用在發(fā)射機播出階段發(fā)揮了巨大的作用，及 時準確對真空電容溫度的進行監(jiān)測，使得值班人員第一時間對發(fā)射機末級 進行調(diào)整，避免 10 余次真空電容擊穿，減少經(jīng)濟損失多達幾十萬元。

參考文獻：

[1]王魁漢.溫度測量實用技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社，2007.

[2]姜忠良.測溫的測量與控制.清華大學出版社，2005.

[3]王化祥.自動檢測技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[4]石磊. 光纖光柵測溫系統(tǒng)在大功率廣播發(fā)射機中的應用[J]. 廣播電視信息， 2011（7）：61-63.

[5]康震.大功率短波廣播發(fā)射機調(diào)諧電容故障分析與處理[J].通訊世界，2015（05）.