專利名稱：智能復(fù)合材料桿塔健康監(jiān)測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種監(jiān)測裝置，具體地說是一種智能復(fù)合材料桿塔健康監(jiān)測裝置，屬于 智能電器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的輸電桿塔普遍存在質(zhì)量大、易腐爛、銹蝕或開裂等缺陷，耐久性差，使用壽 命較短并且施工運輸和運行維護困難，容易出現(xiàn)各種安全隱患。基于以上的原因，智能 復(fù)合材料桿塔已被推薦作為木桿、鋼桿和混凝土桿的優(yōu)異替換物，因為復(fù)合材料桿塔具 有強度高、重量輕、耐腐蝕以及疲勞性能、耐久性能和電絕緣性能好等特點，非常適用 于制造輸電桿塔。但智能復(fù)合材料桿塔受到?jīng)_擊易于損傷，因此對其進行健康監(jiān)測，保 證整個結(jié)構(gòu)的安全尤為重要。
用于監(jiān)測智能復(fù)合材料桿塔健康狀況的傳感器有光纖類和壓電類。使用光纖制作成 的傳感器，與傳統(tǒng)的各種傳感器(例如中國專利200810222044. 3 "高壓輸電線路桿塔運 行監(jiān)測器"中用到的溫度傳感器、傾斜傳感器等)相比，具有眾多優(yōu)點，它集體積小、 重量輕、靈敏度高、損耗低、頻帶寬、抗電磁干擾、耐腐蝕、電絕緣性好、防爆、光路 可撓曲、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點于一身，能夠傳感多種物理量和化學(xué)量，工作可靠，工作溫度 范圍從-150'C 50(TC，這些都完全符合在室外惡劣環(huán)境工作的要求。壓電陶瓷的響應(yīng) 快，頻響寬，既可作傳感器，又可作為激勵器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種智能復(fù)合材料桿塔健康監(jiān)測裝置，該裝置可對智能復(fù)合 材料桿塔進行小范圍、大范圍、主動式在線監(jiān)測。
本發(fā)明的技術(shù)方案是: 一種智能復(fù)合材料桿塔健康監(jiān)測裝置,包括光纖光柵傳感器、 干涉型光纖傳感器、壓電陶瓷、計算機和安裝在桿塔中的主控箱，主控箱包括光纖光柵 解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀、壓電陶瓷解調(diào)儀，其特征在于主控箱還包括控制器和 DTU(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，Data Terminal unit),其連接關(guān)系是光纖光柵傳感器、干涉型 光纖傳感器和壓電陶瓷粘貼或埋入到智能復(fù)合材料桿塔中，分別與光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀和壓電陶瓷解調(diào)儀相連，光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀和壓電陶 瓷解調(diào)儀分別與控制器連接，控制器連接DTU, DTU連接計算機。
本發(fā)明的有益效果是通過三種傳感器的配合實用，實現(xiàn)對智能復(fù)合材料桿塔進行 小范圍、大范圍、主動式在線監(jiān)測，并判斷智能復(fù)合材料桿塔是否發(fā)生損傷，若有損傷 則對結(jié)構(gòu)進行評估，確定損傷的位置并進行維護。


圖1是本發(fā)明實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1中干涉型光纖傳感器的工作原理圖。
圖3是本發(fā)明實施例的工作原理圖。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步的說明。
圖l中標(biāo)記的說明l一光纖光柵傳感器，2 —干涉型光纖傳感器，3 —壓電陶瓷， 4—光纖光柵解調(diào)儀，5—干涉型光纖解調(diào)儀，6—壓電陶瓷解調(diào)儀，7-主控箱，8—控 制器，9一DTU， IO—計算機。
如圖1所示，本發(fā)明由光纖光柵傳感器l、干涉型光纖傳感器2、壓電陶瓷3、光 纖光柵解調(diào)儀4、干涉型光纖解調(diào)儀5、壓電陶瓷解調(diào)儀6、主控箱7、控制器8、 DTU(數(shù) 據(jù)終端設(shè)備，Data Terminal unit)9和計算機10組成，其連接關(guān)系是光纖光柵傳感 器l、干涉型光纖傳感器2和壓電陶瓷3粘貼或埋入到智能復(fù)合材料桿塔中，分別與光 纖光柵解調(diào)儀4、干涉型光纖解調(diào)儀5和壓電陶瓷解調(diào)儀6相連，光纖光柵解調(diào)儀4、 干涉型光纖解調(diào)儀5和壓電陶瓷解調(diào)儀6分別與控制器8連接，控制器8連接DTU9， DTU9連接計算機10。
光纖光柵傳感器1，采用光纖布拉格光柵。光纖布拉格光柵是一種波長選擇反射器, 它所反射的中心波長的數(shù)學(xué)表達式為
A =2% A
式中A是光柵的周期， #是纖芯的有效折射率。由上式可以看出，凡是能夠?qū)е?br> 光纖光柵有效折射率變化或者光柵周期變化的物理量均能引起布拉格波長的變化。實際 的應(yīng)用中，可以應(yīng)用實驗的方法分別測定光纖光柵的應(yīng)變靈敏系數(shù)和溫度靈敏系數(shù)，則
4由應(yīng)變和溫度變化引起的總的布拉格中心波長漂移為
式中的A;和/^分別為傳感器的應(yīng)變靈敏系數(shù)和溫度靈敏系數(shù)，都可以通過實驗獲
得。單獨的光纖布拉格光柵無法區(qū)分由應(yīng)變和溫度所分別導(dǎo)致的布拉格中心波長的變 化，為了去除環(huán)境的溫度波動對應(yīng)變測量的影響，光纖布拉格光柵用做應(yīng)變傳感時，應(yīng)
采取溫度補償措施。本裝置中光纖光柵傳感器的柵長是lOmm，波長范圍是1530-1560nm。 壓電陶瓷3具有壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)，即當(dāng)它受到機械力變形時，能產(chǎn)生電勢， 對它施加電壓時，能改變其機械尺寸，因此它在智能復(fù)合桿塔中既能用作傳感元件又能 用作驅(qū)動元件。本裝置中的壓電陶瓷與基體材料結(jié)合使用，直徑是6mm。
如圖2所示的干涉型光纖傳感器2，是根據(jù)邁克爾遜干涉原理設(shè)計而成。光源發(fā)出 寬帶光，經(jīng)耦合器到達傳感器，再經(jīng)過耦合器到達測量光纖和參考光纖。兩束光在光纖 面鍍膜處發(fā)生反射后回到解調(diào)儀中，在解調(diào)儀中當(dāng)可移反射鏡所移動的距離與智能復(fù)合 桿塔的變形相匹配后，兩束光發(fā)生干涉，并且干涉條紋出現(xiàn)極大值，此時解調(diào)儀中的模 塊輸出反射鏡移動的距離，測量完畢。本裝置中的測量光纖和參考光纖均為裸光纖，長 度可根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸定制。
如圖3所示的本發(fā)明實施例的工作原理圖，壓電陶瓷3的激勵器先發(fā)出激勵信號， 然后壓電陶瓷3的傳感器，光纖光柵傳感器l，干涉型光纖傳感器2分別獲取智能復(fù)合 桿塔的信息，經(jīng)過解調(diào)儀，然后控制器8從解調(diào)儀中獲取這些數(shù)據(jù)，并通過DTU9， GPRS 網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)存入計算機10。評估軟件調(diào)用數(shù)據(jù)，并判斷智能復(fù)合桿塔是否發(fā)生損傷， 若有損傷對結(jié)構(gòu)進行評估，確定損傷的位置并進行維護。
權(quán)利要求
1.一種智能復(fù)合材料桿塔健康監(jiān)測裝置，包括光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器、壓電陶瓷、計算機和安裝在桿塔中的主控箱，主控箱包括光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀、壓電陶瓷解調(diào)儀，其特征在于主控箱還包括控制器和數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTU，其連接關(guān)系是光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器和壓電陶瓷粘貼或埋入到智能復(fù)合材料桿塔中，分別與光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀和壓電陶瓷解調(diào)儀相連，光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀和壓電陶瓷解調(diào)儀分別與控制器連接，控制器連接DTU，DTU連接計算機。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種智能復(fù)合材料桿塔健康監(jiān)測裝置，屬于智能電器領(lǐng)域，它包括光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器和壓電陶瓷。光纖光柵傳感器、干涉型光纖傳感器和壓電陶瓷分別與光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀和壓電陶瓷解調(diào)儀相連，主控箱中包括光纖光柵解調(diào)儀、干涉型光纖解調(diào)儀、壓電陶瓷解調(diào)儀、控制器、DTU(數(shù)據(jù)終端設(shè)備，Data Terminal unit)和計算機；控制器將從解調(diào)儀中獲得信息，并通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將其傳給計算機，由計算機來進行處理。本發(fā)明不僅能夠進行常溫下的檢測，還能夠在高溫、低溫下進行檢測，可以很好地評估智能復(fù)合材料桿塔的健康情況，保障桿塔使用的安全。
文檔編號G01M99/00GK101608976SQ20091006331
公開日2009年12月23日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者但小容, 俞坤師, 飛 劉, 婷 尹, 徐思恩, 輝 李, 杜忠東, 王曉琪, 胡媛媛, 晶 許, 許任重, 軍 趙, 陳軒恕 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司