光纖振動傳感器及應用其的輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種光纖振動傳感器及應用該傳感器的輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)，所述光纖振動傳感器包括依次連接的固定體、等強度梁和設置在所述導線上的接觸體；所述固定體通過設置在所述導線上的卡具與所述導線連接，垂直于所述等強度梁軸線的上下表面均對稱設有光纖布拉格光柵；所述傳感器安裝為正裝法，安裝點為導地線的疲勞危險點。所述監(jiān)測系統(tǒng)包括依次連接的光纖振動傳感器、光纖復合架空地線、波長調解裝置和主機。該傳感器及監(jiān)測系統(tǒng)具有測量精度高、速度快、頻率響應好、長期性能穩(wěn)定等特點，克服了原有技術易受復雜電磁環(huán)境影響、測量精度和靈敏度差、體積大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差及無法實時傳遞現(xiàn)場信息等問題，提高了該系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
【專利說明】光纖振動傳感器及應用其的輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)
【技術領域】:
[0001]本發(fā)明涉及在線監(jiān)測【技術領域】，更具體涉及一種光纖振動傳感器及應用該傳感器的輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)。
【背景技術】:
[0002]輸電線路導線微風振動是由于風的激勵作用導致導線在垂直平面內發(fā)生諧振，形成上下有規(guī)律的波浪往復運動。發(fā)生振動的風速范圍一般為0.5?lOm/s，振動頻率一般為3?150Hz，最大雙振幅一般不大于導線直徑的I?2倍，一般為數(shù)小時，有時可長達數(shù)天，高頻微幅的微風振動最頻繁，使導線產生不同程度的動彎應力，容易造成導線疲勞斷股、金具、間隔棒及桿塔構件的疲勞損壞或磨損等，嚴重影響輸電線路特別是特高壓輸電線路的安全運行。
[0003]為了評價導線微風振動的情況，目前國內外普遍采用IEEE標準規(guī)定的相對振幅測量法來衡量微風振動危害程度。即測量距離導線和線夾分離點89mm處的彎曲振幅。國內測量導線微風振動的在線監(jiān)測裝置通常采用正裝法和倒裝法進行測量，測量振動的傳感器有以下幾種:懸臂梁電阻應變式傳感器、激光傳感器和加速度傳感器。
[0004]懸臂梁電阻應變式傳感器是目前采用最多的一種傳感器，優(yōu)點是結構簡單，但電阻應變式傳感器容易受環(huán)境影響，存在電橋平衡難、非線性誤差大和易受電磁干擾以及不能長期穩(wěn)定運行等問題，對測量結果和穩(wěn)定性有很大影響；另外，電阻應變式傳感器需要電源供電，造成測量裝置體積過大，倒裝法安裝的懸臂梁電阻應變式傳感器對導線振動測量造成一定誤差。
[0005]激光傳感器是非接觸式測量，優(yōu)點是抗電磁干擾能力強，但存在測量精度略差和功耗較大等缺點，很不利于輸電線路導線振動的測量。
[0006]加速度傳感器通過測量振動的加速度來測量振動的振幅，優(yōu)點是傳感器體積小，但測量的振幅為絕對振幅，不是IEEE標準規(guī)定的相對振幅,絕對振幅測量法衡量微風振動危害程度目前還未得到廣泛認可。
[0007]以上現(xiàn)有的傳感器測量結果需要通過無線方式傳遞給監(jiān)控中心，由于無線通信信號不穩(wěn)定，導致振動測量結果無法傳輸。
[0008]針對上述現(xiàn)有架空輸電線路存在的振動傳感器需要現(xiàn)場電源、易受復雜電磁環(huán)境影響、測量精度和靈敏度差、體積大、系統(tǒng)穩(wěn)定性差及無法實時傳遞現(xiàn)場信息、等問題，提出本發(fā)明申請。
【發(fā)明內容】
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[0009]本發(fā)明的目的是提供一種光纖振動傳感器及應用該傳感器的輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)，該傳感器該系統(tǒng)適合于各種氣候測量，抗電磁干擾，利于長期監(jiān)測，同時簡化了監(jiān)測系統(tǒng)結構，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。
[0010]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:一種光纖振動傳感器，所述光纖振動傳感器包括依次連接的固定體、等強度梁和設置在所述導線上的接觸體；所述固定體通過設置在所述導線上的卡具與所述導線連接，垂直于所述等強度梁上下表面的軸線上均對稱設有光纖布拉格光柵。
[0011]本發(fā)明提供的一種光纖振動傳感器,所述固定體設有光纖座，將所述光纖布拉格光柵其光纖尾端依次通過所述光纖座和光纖連接器。
[0012]本發(fā)明提供的另一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器,所述固定體為其徑向方向設有凹槽的圓柱體，所述凹槽在所述光纖座下方，所述等強度梁將其底邊設置在所述凹槽內。
[0013]本發(fā)明提供的再一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器，所述等強度梁為懸臂梁式彈性體等腰三角板，其材料為鈹青銅；所述等強度梁的厚度為1-1.5mm，寬度為10-20mm，懸掛長度為 89mm。
[0014]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器，所述卡具通過螺栓分別與所述固定體和導線垂直連接，所述卡具為由兩個半圓金屬環(huán)組成，所述金屬環(huán)內部附有絕緣橡膠。
[0015]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器，所述接觸體為沿其徑向方向設置在所述導線上的圓柱體，其材料為鋁合金，所述接觸體直徑為3cm，厚度為1cm。
[0016]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器，所述等強度梁上下表面的光纖布拉格光柵為應變光纖布拉格光柵或溫補光纖布拉格光柵，上下兩支光柵的布拉格波長差
0.1納米。
[0017]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器，所述光纖布拉格光柵和等強度粱采用激光焊接方法固定連接，通過無縫焊接使所述光纖布拉格光柵的應變片或溫度補償片緊密固定在等強度粱上。
[0018]本發(fā)明提供的又一優(yōu)選的一種光纖振動傳感器，所述等強度梁厚度為I或1.5mm,寬度為15mm,懸掛長度為89mm。
[0019]本發(fā)明提供的一種輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括依次連接的上述內容中任意一項技術方案的光纖振動傳感器、光纖復合架空地線、波長調解裝置和主機。
[0020]由于采用了上述技術方案，本發(fā)明得到的有益效果是:
[0021]1、本發(fā)明中光纖光柵傳感器由于采用光纖布拉格光柵對光信號進行反射測量，在測量現(xiàn)場為無源測量方式，適合于各種氣候測量，抗電磁干擾，利于長期監(jiān)測；克服了現(xiàn)有技術中的在線監(jiān)測方法為現(xiàn)場有源測量，需要在測量點附近提供電源，有源測量容易受到天氣環(huán)境、電磁環(huán)境及蓄電容量等影響。
[0022]2、本發(fā)明中的傳感器的應用使得該系統(tǒng)采用分布式測量技術，使用一套解調系統(tǒng)對多個微風振動區(qū)域進行同時監(jiān)測，大大降低了系統(tǒng)成本；
[0023]3、本發(fā)明中使用光纖布拉格光柵對導線振動進行測量，采用的波長解調技術，與光信號強度無關，傳輸光纖的舞動、接頭變化等情況不會對測量造成影響，提高了系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性；
[0024]4、本發(fā)明的系統(tǒng)在動態(tài)測量中，該系統(tǒng)測量精度高、速度快、頻率響應好、長期性能穩(wěn)定；
【專利附圖】
【附圖說明】:
[0025]圖1為本發(fā)明光纖振動傳感器的結構示意圖；[0026]圖2為本發(fā)明監(jiān)測系統(tǒng)示意圖；
[0027]其中，1-等強度梁，2-固定體，3-接觸體，4-光纖座，5-卡具，6_導線，7_光纖布拉格光柵。
【具體實施方式】:
[0028]下面結合實施例對發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0029]實施例1:
[0030]如圖1-2所示，本例的發(fā)明述的光纖振動傳感器包括依次連接的等強度梁I和固定體2、等強度梁I和設置在所述導線上的接觸體3 ;所述固定體2通過設置在所述導線6上的卡具5與所述導線6連接，在所述等強度梁I上下表面的垂直于其中軸線上分別對稱粘貼一支光纖布拉格光柵7。
[0031 ] 所述固定體2設有光纖座4，將所述光纖布拉格光柵7其光纖尾端依次通過所述光纖座4和光纖連接器。
[0032]所述等強度梁I為懸臂梁式彈性體等腰三角板，其材料優(yōu)選為鈹青銅，該材料具有屈服強度大，彈性形變范圍大，彈性滯后小，耐磨，耐低溫，耐腐蝕等優(yōu)點，這種材料的楊氏模量為128GPa，屈服強度為lOOOMa，抗拉強度為1250Ma，相應的彈性應變范圍為7812.5微應變，大于光纖布拉格光柵應變范圍。過薄的鈹青銅容易造成接觸體和導線脫離接觸，而過薄過窄的鈹青銅在不受力的情況下也會發(fā)生變形，過厚的鈹青銅將會降低傳感器靈敏度，因此本實施例中鈹青銅的厚度厚度為1-1.5mm,寬度為10_20mm，懸掛長度為89mm ;本實施例中所述鈹青銅的厚度為1mm，寬度為20mm，懸掛長度為89mm或所述鈹青銅的厚度為
1.5mm,寬度為IOmm,懸掛長度為89mm或所述鈹青銅的厚度為1.25mm,寬度為15mm,懸掛長度為89mm。所述固定體2為其徑向方向設有凹槽的圓柱體,所述凹槽將固定體2分為上下兩部分，所述所述凹槽在所述光纖座4下方，所述等強度梁I將根部底邊設置在所述凹槽內，所述等強度梁I頂端通過焊接和接觸體3進行固定連接；所述卡具5通過螺栓分別與所述固定體2和導線6垂直連接,所述卡具5為由兩個半圓金屬環(huán)組成的環(huán)形結構,所述金屬環(huán)內部附有絕緣橡膠。
[0033]所述的裸光纖布拉格光柵的布拉格波長精確到0.1納米以下，通過對同波段FBG進行波長挑選，將兩個光纖布拉格光柵7 (FBG)的初始布拉格波長差控制在0.1納米以內。
[0034]所述的裸光纖布拉格光柵的布拉格波長精確到0.1納米以下，通過對同波段FBG進行波長挑選，將兩個光纖布拉格光柵(FBG)的初始布拉格波長差控制在0.1納米以內。
[0035]所述光纖布拉格光柵7和等強度粱I固定連接采用激光焊接方法，通過無縫焊接使光纖布拉格光柵應變片或溫度補償片緊密固定在等強度粱I上。所述兩支光纖布拉格光柵7分別安裝在等強度梁I的上下表面，所述上下表面安裝的為應變光纖布拉格光柵或溫補光纖布拉格光柵，上下兩支光柵的布拉格波長差精確到0.1納米。
[0036]所述接觸體3為沿其徑向方向設置在所述導線6上的圓柱體輪式結構，其材料為鋁合金，所述接觸體直徑為3cm，厚度為1cm，可實現(xiàn)與導線6及等強度梁I的點接觸。
[0037]本例發(fā)明的輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括光纖振動傳感器，所述監(jiān)測系統(tǒng)包括依次連接的設置在導線6上的光纖振動傳感器、設置在輸電線塔上的光纖復合架空地線、波長調解裝置和主機。[0038]所述光纖振動傳感器測量導線微風振動的頻率和幅值等情況，所述固定體2設有光纖座4，將所述光纖布拉格光柵7其光纖尾端依次通過所述光纖座4和光纖連接器連接到光纖復合架空地線(OPGW, OpticalFiberCompositeOverhead Groundffire)上。所述光纖復合架空地線OPGW將光纖振動傳感器與變電站內的光纖解調裝置連接，將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)阶冸娬緝?，在變電站內安裝的波長解調裝置對光纖布拉格光柵的反射中心波長進行解調，然后將解調出的中心波長值發(fā)送給主機。
[0039]當導線6發(fā)生振動時，垂直導線6方向的振動將導致等強度梁I沿長度方向發(fā)生彎曲，等強度梁I通過接觸體實現(xiàn)和導線6同步振動，由于接觸體3始終和導線6處于接觸狀態(tài)，所述光纖振動傳感器測量出來的振動幅值為等強度梁I頂端相對梁的根部底邊的相對幅值。由于等強度梁I為應變梁，梁的上下表面處任一點產生的應變相同，導致光纖布拉格光柵的反射波長發(fā)生變化，通過對反射波長的解調，進行相應信號處理，可以得微風振動的相對振幅和振動頻率數(shù)據(jù)。
[0040]在等強度梁I受力產生形變后，其上下表面粘貼的光纖布拉格光柵7FBG1 (FiberBraggGrating)受到拉應變的影響，布拉格波長(Bragggrating wavelength)入I增大，相對的下表面光纖布拉格光柵7FBG2布拉格波長λ2減小。由于等強度梁I上下表面應變大小相同方向相反，通過在等強度梁I上下表面對稱粘貼此種裸光纖布拉格光柵的方法克服了應變與溫度交叉影響問題。
[0041]由于測量設備和解調設備都為電氣測量，在輸電線路的強電磁場區(qū)域內極易受到電磁干擾的影響；將多個光纖振動傳感器分別安裝在不同的微風振動監(jiān)測區(qū)域內，使用OPGW將這些光纖振動傳感器連接到變電站內的一套光纖光柵解調系統(tǒng)，這樣就可以實時監(jiān)測多個光纖光柵振動傳感器的振動狀況，分別計算出不同監(jiān)測區(qū)域的微風情況，分布式測量大大降低了系統(tǒng)成本。
[0042]本發(fā)明的上述實施例的光纖光柵監(jiān)測系統(tǒng)適合于各種氣候測量，抗電磁干擾，利于長期監(jiān)測；在動態(tài)測量中，該系統(tǒng)測量精度高、速度快、頻率響應好、長期性能穩(wěn)定；測量得到的應變通過波長編碼實現(xiàn)，光纖光柵振動測量系統(tǒng)不受光源的光強波動、光纖連接及耦合損耗、以及光波偏振態(tài)的變化等因素的影響；測量靈敏度好、分辨率高；采用分布式測量技術，可以使用一套解調系統(tǒng)對多個微風振動區(qū)域進行同時監(jiān)測，大大降低了系統(tǒng)成本；光纖光柵解調系統(tǒng)由變電站電源系統(tǒng)功能，電源安全穩(wěn)定。
[0043]最后應該說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非對其限制，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本發(fā)明的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本發(fā)明精神和范圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本權利要求范圍當中。
【權利要求】
1.一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述光纖振動傳感器包括依次連接的固定體、等強度梁和設置在所述導線上的接觸體；所述固定體通過設置在所述導線上的卡具與所述導線連接，垂直于所述等強度梁上下表面的軸線上均對稱設有光纖布拉格光柵。
2.如權利要求1所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述固定體設有光纖座，將所述光纖布拉格光柵其光纖尾端依次通過所述光纖座和光纖連接器。
3.如權利要求2所述的一種光纖振動傳感器,其特征在于:所述固定體為其徑向方向設有凹槽的圓柱體，所述凹槽在所述光纖座下方，所述等強度梁將其底邊設置在所述凹槽內。
4.如權利要求2-3任意一項所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述等強度梁為懸臂梁式彈性體等腰三角板，其材料為鈹青銅；所述等強度梁的厚度為1-1.5_，寬度為10-20mm,懸掛長度為89mm。
5.如權利要求1所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述卡具通過螺栓分別與所述固定體和導線垂直連接，所述卡具為由兩個半圓金屬環(huán)組成，所述金屬環(huán)內部附有絕緣橡膠。
6.如權利要求1所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述接觸體為沿其徑向方向設置在所述導線上的圓柱體，其材料為鋁合金，所述接觸體直徑為3cm，厚度為1cm。
7.如權利要求1所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述等強度梁上下表面的光纖布拉格光柵為應變光纖布拉格光柵或溫補光纖布拉格光柵，上下兩支光柵的布拉格波長差0.1納米。
8.如權利要求1所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述光纖布拉格光柵和等強度粱采用激光焊接方法固定連接，通過無縫焊接使所述光纖布拉格光柵的應變片或溫度補償片緊密固定在等強度粱上。
9.如權利要求4所述的一種光纖振動傳感器，其特征在于:所述等強度梁厚度為I或1.5mm,寬度為15mm,懸掛長度為89mm。
10.一種輸電線路微風振動監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于:所述監(jiān)測系統(tǒng)包括依次連接的權利要求1-9任意一項所述的光纖振動傳感器、光纖復合架空地線、波長調解裝置和主機。
【文檔編號】G01H9/00GK103925984SQ201310542441
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年11月5日 優(yōu)先權日:2013年11月5日
【發(fā)明者】楊吉 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院