架空输电线路覆冰监测用fbg拉力传感器的研制

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1、高电压技术第３６卷第１２期２０１０年１２月３１日３０２８ＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１２，Ｄｅｃｅｍｂｅｒ３１，２０１０架空输电线路覆冰监测用ＦＢＧ拉力传感器的研制蒋建，李成榕，马国明，罗颖婷（华北电力大学高电压与电磁兼容北京市重点实验室，北京１０２２０６）摘要：相对于传统的电阻应变片，光纤布喇格光栅（ｆｉｂｅｒｂｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ，ＦＢＧ）传感器具有抗电磁场干扰、绝缘性能好、寿命长等优点，可以可靠地用于架空输电线路的覆冰测量。为了提高已有的ＦＢＧ柱式称重传感器性能，更好地监测导线覆冰情况，研制了用于耐张塔处的光纤布喇格光栅Ｓ型拉力传感器，

2、结合光纤布喇格光栅倾角传感器，可以测量导线覆冰厚度、张力、弧垂等多项重要参数。所研制的光纤布喇格光栅Ｓ型拉力传感器由弹性体和ＦＢＧ传感器两部分组成。其中弹性体采用Ｓ形剪切式外形，工字形截面。在弹性体两侧腹板处分别成±４５°粘贴ＦＢＧ传感器。弹性体受力后，在两侧腹板处可相应地产生拉压成双的主应变，两ＦＢＧ波长值相减，不用额外补偿措施即能消除ＦＢＧ温度与应变的交叉敏感问题。实验室研究表明，所研制的光纤布喇格光栅Ｓ型拉力传感器线性度较高，非线性误差为０．７６％，灵敏度为０．０４９５ｐｍ／Ｎ，分辨率为２０．２Ｎ／ｐｍ，精确度为１．２％，相对于实验室以前研制的ＦＢＧ柱式称重传感器，非线性误差

3、降低了一半，精确度提高了一倍，工作稳定。关键词：架空输电线路；覆冰监测；光纤布喇格光栅；拉力传感器；Ｓ形剪切式；温度补偿中图分类号：ＴＭ７５５文献标志码：Ａ文章编号：１００３－６５２０（２０１０）１２－３０２８－０７ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＦＢＧＴｅｎｓｉｏｎＳｅｎｓｏｒＡｐｐｌｉｅｄｔｏＩｃｅＭｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆＯｖｅｒｈｅａｄＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＬｉｎｅｓＪＩＡＮＧＪｉａｎ，ＬＩＣｈｅｎｇ－ｒｏｎｇ，ＭＡＧｕｏ－ｍｉｎｇ，ＬＵＯＹｉｎｇ－ｔｉｎｇ（ＢｅｉｊｉｎｇＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｉｇｈＶｏｌｔａｇｅ＆ＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＣｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔ

4、ｙ，ＮｏｒｔｈＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０２２０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｓｔｒａｉｎｇａｕｇｅ，ｆｉｂｅｒＢｒａｇｇｇｒａｔｉｎｇ（ＦＢＧ）ｉｓｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｌｌｙｉｍｍｕｎｅ，ａｎｄｈａｓｇｏｏｄｉｎｓｕｌａｔｉｏｎｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄａｌｏｎｇｅｒｌｉｆｅｓｐａｎ，ａｎｄｉｔｃａｎｂｅｒｅｌｉａｂｌｙａｐｐｌｉｅｄｉｎｔｈｅｉｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｏｖｅｒｈｅａｄｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍ

5、ｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｃｏｌｕｍｎ－ｓｈａｐｅｄＦＢＧｌｏａｄｃｅｌｌａｎｄｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ａｎＳ－ｓｈａｐｅｄＦＢＧｔｅｎｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｉｔｉｓｓｕｐｐｏｓｅｄｔｏｂｅｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｔｈｅｔｅｎｓｉｏｎｔｏｗｅｒｓｆｏｒｉｃｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．ＷｉｔｈｔｈｅｈｅｌｐｏｆＦＢＧｔｉｌｔｓｅｎｓｏｒ，ｔｈｅｉｃｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓ，ｌｉｎｅｔｅｎｓｉｏｎ，ｓａｇａｎｄｍａｎｙｏｔｈｅｒｉｍｐｏｒｔａｎｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓｃａｎｂｅｅａｓｉｌｙｍｅａｓｕｒｅｄ．Ｔｈ

6、ｅＳ－ｓｈａｐｅｄＦＢＧｔｅｎｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｃｏｍｐｏｓｅｄｏｆｔｗｏｐａｒｔｓ，ｔｈｅｅｌａｓｔｉｃｂｏｄｙａｎｄｔｈｅＦＢＧｓｅｎｓｏｒ．ＴｈｅｅｌａｓｔｉｃｂｏｄｙｉｓＳ－ｓｈａｐｅｄｗｉｔｈａｎＩ－ｓｈａｐｅｄｃｒｏｓｓｓｅｃｔｉｏｎ．ＦＢＧｓａｒｅｇｌｕｅｄｏｎｔｈｅｂｌｉｎｄｈｏｌｅｉｎｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ±４５°．Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｓｔｒａｉｎｃｒｏｓｓ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｃａｎｂｅｓｏｌｖｅｄｂｙｍｉｎｕｓｔｈｅｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｓｏｆｔｈｅｔｗｏＦＢＧｓ．Ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｔｈａｔｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃ

7、ｅｏｆｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄＦＢＧｔｅｎｓｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｓｈｉｇｈ，ｗｉｔｈｎｏｎｌｉｎｅａｒｅｒｒｏｒ０．７６％，ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ０．０４９５ｐｍ／Ｎ，ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ２０．２Ｎ／ｐｍ，ａｎｄａｃｃｕｒａｃｙ１．２％．Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｔｈｅｐｒｅｖｉｏｕｓｃｏｌｕｍｎ－ｓｈａｐｅｄＦＢＧｌｏａｄｃｅｌｌ，ｔｈｅｎｏｎ－ｌｉｎｅａｒｅｒｒｏｒｉｓｈａｌｆｒｅｄｕｃｅｄａｎｄｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｉｓｄｏｕｂｌｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｏｖｅｒｈｅａ