一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，涉及光纖傳感領(lǐng)域，該分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的設(shè)備包括傳感光纖，光源，調(diào)制器，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊，無線接收模塊，作為桿塔應(yīng)力健康狀況的無線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠監(jiān)測桿塔的受力的實時變化，以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)并結(jié)合覆冰數(shù)學模型、模糊邏輯診斷方法可以定性分析桿塔健康狀況，有無覆冰、定量計算覆冰厚度和預測覆冰發(fā)展趨勢，分析評估輸電線路的運行安全狀態(tài)，并在達到預定值時報警，對于保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行具有重大現(xiàn)實意義。
【專利說明】一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖傳感領(lǐng)域，特別涉及一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著人類社會的不斷進步，日常生活對電的依賴越來越強，輸電的通暢是人們正常生活的保證，輸電桿塔在線路中起著中繼作用，桿塔的損壞嚴重影響輸電線路的通常。造成桿塔損壞主要原因有以下兩種:一是由于氣象條件的變化，如覆冰和大風；二是開采沉陷產(chǎn)生的地面變形主要有垂直方向的移動和變形，水平方向的移動和變形以及地表平面內(nèi)的剪應(yīng)變。這些地表變形將直接對高壓輸電線路桿塔的基礎(chǔ)、桿塔、檔距產(chǎn)生影響，并進一步引起高壓輸電線路其它元素的變形，甚至倒塔。由于這兩種情況都有一個緩慢的過程，通過對桿塔主材應(yīng)力變化的監(jiān)測可以在桿塔破壞前發(fā)出預警，以供電力部門采取相應(yīng)的措施。這樣就可以避免破壞發(fā)生或減小破壞所帶來的損失。
[0003]傳統(tǒng)的傳感器主要是由通過光纖光柵作為探測器，但是光纖光柵是點狀監(jiān)測，只能監(jiān)測光柵位置的應(yīng)變情況，是間斷布置在桿塔上，并不能完全的掌握桿塔塔體的三維受力情況。一旦桿塔不是在光纖光柵位置出現(xiàn)問題，此類型探測器根本無法檢測。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，通過采用無線接收模塊接收從桿塔頂端無線發(fā)射模塊發(fā)出的信號，以解決現(xiàn)有技術(shù)中導致的上述多項缺陷。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下的技術(shù)方案:一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，其特征在于:所述分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的設(shè)備包括傳感光纖，光源，調(diào)制器，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊，無線接收模塊，整個檢測步驟為:
[0006](I)傳感光纖鋪設(shè)在桿塔塔身上，光源，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊封裝在一機箱內(nèi)，構(gòu)成分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)，也固定在桿塔塔身上，無線接收模塊放置在距離桿塔一定距離的監(jiān)控房里，可以接收從機箱內(nèi)無線發(fā)射模塊發(fā)出的無線信號;
[0007](2)利用光學時域反射原理可以準確定位，確定受力位置，從發(fā)射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計算出距離；
[0008](3)根據(jù)距離就可以確定相應(yīng)的位置，傳輸至無線發(fā)射模塊，將光源，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊封裝在一個密閉的機箱盒體內(nèi)，然后固定在桿塔塔身上；
[0009](4)無線發(fā)射模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)射給遠處的無線接收模塊，通過后端建立模型，可以制作整個桿塔受力的三維模型，并且做到實時監(jiān)測，并設(shè)置好預警參數(shù)，到達預警臨界值，立即啟動聲光報警等各種措施。
[0010]優(yōu)選的，所述光纖耦合器為LC光纖耦合器。
[0011]優(yōu)選的，所述光探測器為半導體光探測器。
[0012]優(yōu)選的，所述信號處理模塊中設(shè)有光通信信號處理器。
[0013]采用以上技術(shù)方案的有益效果是:該分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的針對桿塔應(yīng)力的一種分布式三維在線監(jiān)測，利用分布式光纖傳感，可以在輸電塔上沿著塔體鋪設(shè)光纖，整個光纖沿路作為傳感器，因而對桿塔的所有部位都可以傳感監(jiān)測，而且通過后端的信號和軟件處理，可以制作整個桿塔受力的三維模型，并且做到實時監(jiān)測，一旦某個地方出現(xiàn)問題便可直觀及時的發(fā)現(xiàn)，對保證電網(wǎng)正常運行，能夠起到較大的作用。作為桿塔應(yīng)力健康狀況的無線監(jiān)測系統(tǒng)，能夠監(jiān)測桿塔的受力的實時變化，以及根據(jù)這些數(shù)據(jù)并結(jié)合覆冰數(shù)學模型、模糊邏輯診斷方法可以定性分析桿塔健康狀況，有無覆冰、定量計算覆冰厚度和預測覆冰發(fā)展趨勢，分析評估輸電線路的運行安全狀態(tài)，并在達到預定值時報警，對于保障電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行具有重大現(xiàn)實意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是本發(fā)明一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的流程圖；
[0015]圖2是本發(fā)明一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的優(yōu)選實施方式。
[0017]圖1和圖2出示本發(fā)明一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的【具體實施方式】:該分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，其特征在于:所述分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的設(shè)備包括傳感光纖，光源，調(diào)制器，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊，無線接收模塊，整個檢測步驟為:
[0018]如圖1所示，傳感光纖鋪設(shè)在桿塔塔身上。光源，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊封裝在一機箱內(nèi)，構(gòu)成分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)，也固定在桿塔塔身上。無線接收模塊放置在距離桿塔一定距離的監(jiān)控房里，可以接收從機箱內(nèi)無線發(fā)射模塊發(fā)出的無線信號。
[0019]激光脈沖在光纖中傳播時，會產(chǎn)生后向的受激布里淵散射，散射光會產(chǎn)生布里淵散射頻移，頻移量與溫度和應(yīng)力相關(guān)，其頻移量uB和散射強度變化量APb的關(guān)系為:
[0020]uB = C0 Δ σ +CtAT
[0021]ΔΡβ/Ρβ(0) = C' 0Δσ+(Τ τΔΤ
[0022]其中Λ σ為應(yīng)力的變化量，AT為溫度的變化量，C。和Ct為布里淵頻移的應(yīng)變系數(shù)和溫度系數(shù)，C。'和C/為布里淵強度的應(yīng)變系數(shù)和溫度系數(shù)，Pb(O)為初始布里淵散射強度光的頻率。通過計算上述兩式，可以很容易的通過頻移量和散射光強度變化量計算出相應(yīng)的溫度和應(yīng)力的變化量。
[0023]圖2為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖，利用光學時域反射原理(OTDR)可以準確定位，確定受力位置，便于施工人員檢查維修。從發(fā)射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計算出距離。以下的公式就說明了 OTDR是如何測量距離的。
[0024]d = (cXt)/2n
[0025]在這個公式里，c是光在真空中的速度，而t是信號發(fā)射后到接收到信號(雙程)的總時間(兩值相乘除以2后就是單程的距離)。因為光在玻璃中要比在真空中的速度慢，所以為了精確地測量距離，被測的光纖必須要指明折射率(η)。η是由光纖生產(chǎn)商來標明。
[0026]根據(jù)距離就可以確定相應(yīng)的位置，傳輸至無線發(fā)射模塊。在本發(fā)明中，將光源，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊封裝在一個密閉的機箱盒體內(nèi)，然后固定在桿塔塔身上。
[0027]無線發(fā)射模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)射給遠處的無線接收模塊，通過后端建立模型，可以制作整個桿塔受力的三維模型，并且做到實時監(jiān)測，并設(shè)置好預警參數(shù)，到達預警臨界值，立即啟動聲光報警等各種措施。在野外供電電源可以采用太陽能或風能供電。以上的僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，其特征在于:所述分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法的設(shè)備包括傳感光纖，光源，調(diào)制器，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊，無線接收模塊，整個檢測步驟為: (1)傳感光纖鋪設(shè)在桿塔塔身上，光源，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊封裝在一機箱內(nèi)，構(gòu)成分布式光纖解調(diào)系統(tǒng)，也固定在桿塔塔身上，無線接收模塊放置在距離桿塔一定距離的監(jiān)控房里，可以接收從機箱內(nèi)無線發(fā)射模塊發(fā)出的無線信號； (2)利用光學時域反射原理可以準確定位，確定受力位置，從發(fā)射信號到返回信號所用的時間，再確定光在玻璃物質(zhì)中的速度，就可以計算出距離； (3)根據(jù)距離就可以確定相應(yīng)的位置，傳輸至無線發(fā)射模塊，將光源，光纖耦合器，光探測器，信號處理模塊，無線發(fā)射模塊封裝在一個密閉的機箱盒體內(nèi)，然后固定在桿塔塔身上； (4)無線發(fā)射模塊將采集到的數(shù)據(jù)通過無線電波發(fā)射給遠處的無線接收模塊，通過后端建立模型，可以制作整個桿塔受力的三維模型，并且做到實時監(jiān)測，并設(shè)置好預警參數(shù)，到達預警臨界值，立即啟動聲光報警等各種措施。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，其特征在于:所述光纖率禹合器為LC光纖稱合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，其特征在于:所述光探測器為半導體光探測器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分布式光纖傳感桿塔健康監(jiān)測方法，其特征在于:所述信號處理模塊中設(shè)有光通信信號處理器。
【文檔編號】G01L1/24GK104458079SQ201410749288
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月9日
【發(fā)明者】施斐, 杜鵬, 徐天福, 金家春, 劉箐, 劉國仁 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)江西省電力公司贛州供電分公司