为解决非本征光纤法布里-珀罗(Extrinsic Fiber Fabry-Perot Interferometor, EFPI)在电力变压器内体绝缘安装困难且易损坏的问题, 设计了高灵敏度的EFPI传感器, 提出采用油腔结构的变压器油箱壁外置式安装方法。在阐述EFPI传感和液气介质下膜片振动原理的基础上, 分析了传感器检测灵敏度与其法-珀腔膜片尺寸的关系, 设计EFPI传感器法-珀腔膜片尺寸并制备传感器。然后, 设计外置油腔耦合结构, 采用压电陶瓷(Piezoelectric, PZT)声发射传感器构建EFPI传感器性能测试系统, 测得EFPI传感器的幅频特性和检测灵敏度。最后, 使用板-板电极和变压器实体模型搭建局放检测系统, 外置EFPI传感器与PZT传感器同时探测电极局放信号。实验结果表明: EFPI传感器的一阶固有谐振频率为113 kHz, 静压灵敏度为7.5 nm/kPa, 外置油腔耦合结构EFPI传感器局放超声信号的检测灵敏度高于传统的PZT传感器。外置结构可有效保护传感器膜片, 降低安装难度, 且避免了EFPI传感器置于变压器绝缘高场强度区域带来的安全隐患。

非本征光纤法布里-珀罗(F-P)传感器已被用于液-固复合绝缘局部放电检测,但存在液体黏滞阻尼和附加质量影响传感器固有频率和灵敏度的问题。采用有限元方法计算传感膜片在油和空气介质中受迫振动幅频响应,并分析不同温度下传感器幅频特性和灵敏度。提出F-P传感器的液体隔离结构,消除介质对其参数的影响。制备F-P传感器并构建实验系统,测试不同温度下两种结构传感器的幅频特性。实验结果表明:液体绝缘油中,F-P传感器因黏滞阻尼和附加质量导致固有频率下降约0.58,幅频曲线带宽变大,响应幅值降低;液体介质温度升高,传感器固有频率增加,幅频曲线带宽变小,响应幅值增加,灵敏度变大;液体隔离结构的F-P传感器不受介质黏滞阻尼和附加质量影响。

为解决超声波法检测电力设备局部放电灵敏度低问题，提出一种采用石英膜片的全电介质结构的光纤法-珀超声传感器设计方法。为获得适于局放检测频响特性的法-珀传感器，根据弹性力学原理分析法-珀传感器固有频率随膜片尺寸参数变化规律，利用ANSYS有限元仿真方法设计3种不同结构尺寸的法-珀传感器。在绝缘油箱中采用信号发生器驱动压电陶瓷传感器发射50 kHz~250 kHz超声波，获得F-P传感器的幅频特性曲线。F-P1~F-P3对板-板电极局放声信号检测实验表明，设计传感器一阶固有频率在150 kHz处可有效检测局放，且相同固有频率下F-P传感器灵敏度随膜片厚度减小而显著提高。相同结构参数下腔长为130 μm和100 μm的F-P传感器检测灵敏度前者是后者的2.47倍，实验结果表明增加F-P腔长可提高传感器局放检测灵敏度。

采用耦合石英膜和光纤接头构成非本征法布里-珀罗干涉仪(EFPI)传感器,检测液-固复合绝缘电介质中的局部放电声发射信号.为解决目前EFPI传感器灵敏度低的问题,依据弹性力学原理和有限元分析方法确定EFPI膜片结构设计方法,并制作传感器样品.建立以分布式反馈(DFB)激光器为光源的EFPI正交强度解调系统.以绝缘油针-板电极局部放电为信号源,利用压电陶瓷(PZT)传感器与EFPI样品进行对比测试.结果表明,EFPI传感器局放检测灵敏度取决于传感器频响带宽和静压灵敏度,完善了EFPI膜片设计方法,获得局放检测灵敏度与PZT相近的EFPI传感器.

为了实现静电电压表的精确测量，提出了一种基于等应变梁和光纤布拉格光栅（FBG）的静电电压传感器。在一定温度范围内，由双FBG 的结构方案实现了传感器的温度自补偿，通过对等应变梁的仿真分析和传感器系统的电场仿真，优化设计和制备了传感器结构系统。利用一对平板电极产生匀强电场，在静电力作用下等应变梁上的导体半球受力致使等应变梁发生变形，使得两个FBG 反射光谱的中心波长产生偏移，通过FBG 的波长差实现了电压的测量。实验结果表明：该传感器可实现5~24 kV 直流(DC)高压和交流(AC)高压有效值的测量，5~12 kV 的计算精度为2.1%，12~24 kV 的计算精度为0.89%，传感曲线的拟合度为0.99985，基本满足高电压测量系统的稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等要求。

静电电压表对测量交直流高压有着非常重要的作用。为了实现高电压静电电压表的精确测量，提出并制备了一种采用法布里珀罗(FP)腔干涉原理的静电电压传感器。所设计的传感器电极与高压电极构成一组静电电压测量电极，此传感器的FP腔由光纤准直器和外侧镀铝的聚酯膜构成，当在高压电极施加载荷时，聚酯膜与高压电极之间产生均匀电场，在电场力作用下聚酯膜产生形变，从而改变FP腔的腔长，造成FP传感器的输出光谱偏移，采用相位解调法获得高压电极上施加的载荷，实现电压的静电测量。实验结果表明：可实现5~16 kV直流高压和交流高压有效值的测量，5~10 kV范围测量精度为1.21%，10~16 kV的测量精度为0.61%。此传感器满足高电压的测量要求。

等离子体的有效抑制是提高激光焊接能量吸收率、熔池-小孔稳定性的重要途径, 气流辅助激光焊接是通过控制等离子体行为增加激光焊接熔深的有效途径之一。采用1.5 kW板条型CO2连续激光器, 开展了不同气流参数下的激光焊接试验, 同时采用高速摄像机拍摄等离子行为。通过图像处理方法提取了不同条件下的等离子云质心点坐标、质心方向、等离子云面积等参数。结果表明, 激光焊接过程中等离子体的产生和喷发存在一定的周期性, 等离子云的波动周期大致在2～10 ms之间。无论是采用喷嘴在前或在后的布置, 随着辅助气流流量的增加, 等离子云的面积都有逐渐减少的趋势, 并且减小的速度很快, 当流量增加到6 L/min时等离子体云几乎完全抑制。喷嘴在后布置时的辅助气流敏感性更强, 在同样的气流流量变化时, 其等离子云抑制更为显著。

结合光纤光栅法布里珀罗干涉仪（FBG-FPI）和圆筒振子耦合技术设计高灵敏度传感器，应用于电力设备液体绝缘介质中声波信号检测。FBG-FPI采用反射率为50%的光纤布拉格光栅（FBG），中间处截断熔接20 mm长单模光纤SMF-28制备。为获得高灵敏度，根据弹性力学原理和有限元分析方法建立圆筒振子参数确定方法。为解决FBG-FPI受温度影响而造成静态工作点漂移的问题，提出了一种利用可调谐分布式反馈（DFB）激光器的温度补偿方法，并通过升降温实验验证了该方法的温度补偿效果。建立FBG-FPI传感器与RC6500T传感器对比实验系统，实验结果表明在1.1 kHz声波信号驱动下液体介质中的FBG-FPI与加速度传感器具有相近灵敏度。