本发明涉及变压器局部放电定位，具体为一种法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统及方法。
背景技术：
1、随着电网建设的发展，高压电力设备的应用也愈加广泛。电力变压器作为高压电力系统中的核心组成部分，如若发生故障，可能会导致大面积停电，对社会生产生活造成巨大损失。因此，对局部放电实施精准监测，已成为保障电力系统稳定运行不可或缺的技术支撑。
2、目前，电力变压器局部放电的监测，依托于局部放电过程中出现的多种物理现象，包括超声波、电脉冲、电磁辐射、局部过热、气体生成物等现象。基于上述现象，局部放电检测技术已发展出多种方法，包括超声波检测法、电脉冲检测法、气相色谱检测法、电磁波检测法等。常规的局部放电检测元件为电学元器件，但在检测过程中，容易受到电磁干扰。
3、目前，常见的超声波传感器为电学传感器，在局部放电检测应用中，高压电力设备与传感器均带电，绝缘性差、易受电磁干扰，导致危险性较大；近年来，一些研究人员提出了基于干涉型光纤结构的超声波传感器，可以有效避免绝缘性差、电磁干扰等问题，但常用光源为单波长激光器，使用时易受外界因素干扰，并且使用强度型解调法时易产生工作点漂移现象从而导致超声波传感器灵敏度下降，监测系统稳定性无法得到保障；同时，单个超声波传感器有时无法满足局部放电定位需求，一些科研人员搭建了超声波传感器阵列，但搭建传感器阵列相对复杂，布放时需要进行校准，增加了安装和维护的难度。
技术实现思路
1、为解决上述的问题，本发明一方面提供了一种法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，由法布里珀罗激光器、光纤耦合器、光纤环形器、光纤超声波传感器面阵、光电探测器、数据采集器和主机终端组成；沿所述法布里珀罗激光器出射光传输方向，依次连接光纤耦合器、光纤环形器的第一端口，所述光纤环形器的第二端口连接光纤超声波传输面阵，其第三端口连接光电探测器，所述光电探测器与数据采集器输入端电连接，所述数据采集器输出端与主机终端电连接；
2、所述光纤超声波传感器面阵，用于检测局部放电时的超声波信号，并根据超声波信号振动产生携带超声波特征信息的干涉光强信号；所述光纤超声波传感器面阵包括不锈钢探头、不锈钢膜片和光纤组件，所述不锈钢探头沿轴向方向贯穿设置有若干个插孔，不锈钢探头的一侧位于插孔位置固定粘合若干个不锈钢膜片，不锈钢探头远离不锈钢膜片一侧的插孔固定安装若干个光纤组件，所述光纤组件的插入深度小于不锈钢探头的轴向长度。
3、在具体实施方式中，所述光纤组件包括单模光纤、光纤陶瓷插芯和不锈钢套管，所述单模光纤与光纤陶瓷插芯的一端固定连接，所述单模光纤外部套接不锈钢套管，所述不锈钢套管与光纤陶瓷插芯固定连接。
4、为了满足激光光束的干涉条件，所述光纤陶瓷插芯远离单模光纤一端的端面与不锈钢膜片的内表面平行正对。
5、所述光纤陶瓷插芯远离单模光纤一端的端面、不锈钢膜片的平面垂直于不锈钢探头轴向方向。
6、所述单模光纤、光纤陶瓷插芯的中心轴穿过不锈钢膜片的中心。
7、在具体实施方式中，所述光纤环形器与光电探测器设置有若干个，所述光纤环形器的数量与不锈钢探头的插孔数量相等。
8、另一方面提供了一种法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位方法，应用于如上所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，包括：
9、s1、根据光纤超声波传感器面阵的各阵元位置与阵元间距，选取任意一个阵元作为坐标原点建立三维直角坐标系，确定各阵元的三维坐标；
10、s2、获取光纤超声波传感器各路阵元的干涉光强信号，对干涉光强信号进行光电转换得到电压值；
11、s3、基于各路阵元的电压值，确定各路阵元电压值变化的出现时刻；根据各路阵元的出现时刻，确定坐标原点阵元与其他阵元的时延差；
12、s4、基于超声波的介质传播速度，根据各阵元的三维坐标、阵元间距与时延差构建方程组，计算目标声源坐标，即为局部放电位置。
13、所述s4中根据各阵元的三维坐标、阵元间距与时延差构建方程组为：
14、，
15、式中，x,y,z为目标声源的空间坐标； x i, y i, z i，i=1,2,…5，表示第i个阵元的三维坐标； c表示超声波的传播速度； di为目标声源到第i个阵元的空间距离； τ i为第i个阵元与坐标原点阵元的时延差。
16、有益效果
17、（1）本发明的超声波传感器面阵定位系统可有效避免传统电学超声波传感器针对高压电力设备的局部放电检测易受电磁干扰、绝缘性差的问题，降低了安全风险，提高了超声波检测的稳定性。
18、（2）本发明的超声波传感器面阵定位系统有效避免干涉型光纤超声波传感器系统光源为单波长激光器时使用强度解调法出现的工作点漂移导致灵敏度严重下降的现象，可使系统稳定性增强。
19、（3）本发明创新性地将若干个光纤超声波传感器集成在一个不锈钢探头中，不仅降低成本，还大大简化了超声波传感器阵列搭建过程；光纤超声波传感器阵元间距固定，无需重新校准，简化了定位流程与布放过程。
20、（4）本发明基于空气环境中声波信号特点、光纤传输的声波信号的特点及光纤超声波传感器面阵的几何关系，使用tdoa（time difference of arrival，到达时间差）方法，将超声波传感器面阵定位系统接收信号的时间差转换为非线性方程组，进而对该非线性方程组进行求解，实现局部放电位置的坐标定位。
1.一种法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，由法布里珀罗激光器、光纤耦合器、光纤环形器、光纤超声波传感器面阵、光电探测器、数据采集器和主机终端组成；沿所述法布里珀罗激光器出射光传输方向，依次连接光纤耦合器、光纤环形器的第一端口，所述光纤环形器的第二端口连接光纤超声波传输面阵，其第三端口连接光电探测器，所述光电探测器与数据采集器输入端电连接，所述数据采集器输出端与主机终端电连接；
2.根据权利要求1所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，所述光纤组件包括单模光纤、光纤陶瓷插芯和不锈钢套管，所述单模光纤与光纤陶瓷插芯的一端固定连接，所述单模光纤外部套接不锈钢套管，所述不锈钢套管与光纤陶瓷插芯固定连接。
3.根据权利要求2所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，所述光纤陶瓷插芯远离单模光纤一端的端面与不锈钢膜片的内表面平行正对。
4.根据权利要求3所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，所述光纤陶瓷插芯远离单模光纤一端的端面、不锈钢膜片的平面垂直于不锈钢探头轴向方向。
5.根据权利要求2所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，所述单模光纤、光纤陶瓷插芯的中心轴穿过不锈钢膜片的中心。
6.根据权利要求1所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，所述光纤环形器与光电探测器设置有若干个，所述光纤环形器的数量与不锈钢探头的插孔数量相等。
7.一种法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位方法，应用于权利要求1-6任一项所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位系统，其特征在于，包括：
8.根据权利要求7所述的法布里珀罗干涉仪的超声波传感器面阵定位方法，其特征在于，所述s4中根据各阵元的三维坐标、阵元间距与时延差构建方程组为：
