光栅传感技术在输电杆塔倾斜监测中的应用new

《光栅传感技术在输电杆塔倾斜监测中的应用new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第30卷第204期电力系统通信Vol.30No.204·28·2009年10月10日TelecommunicationsforElectricPowerSystemOct.10，2009光栅传感技术在输电杆塔倾斜监测中的应用黄春林，张利平（华北电力大学电子与通信工程系，河北保定071003）摘要：介绍了监测输电杆塔倾斜状态的几种常用方法，通过分析光纤光栅的传感原理，提出了将光纤传感技术应用于输电线路杆塔监测的设想，并设计了光纤传感系统，给出了光纤及光栅传感器的布设方式，介绍了基于TCP/IP协议组网实现远程监测的方法。关键词：光纤传感；光纤布拉格光栅；输电杆塔；倾斜中图分类号：TN92

2、9.11文献标志码：B文章编号：1005-7641（2009）10-0028-040引言光栅传感器的传感机理是波长调制，其优势在于：①信号不受光源起伏、光纤弯曲损耗和探测器老近年来，因冰雨导致的输电线路杆塔的损坏化等因素的影响；②避免一般干涉型传感器中相时有发生。位测量的不确定性和对固有参考点的需要；③能为了监测输电杆塔的倾斜状态，常用的方法够方便地使用波分复用技术在1根光纤中串接多[4]是用GSM杆塔仪将传感器检测到的杆塔倾斜信个布拉格光栅，适用于分布式测量。光纤光栅传息发送给管理人员和监控计算机[1]，在计算机内进感器除了具有上述独特的优点外，还具有体积小、行数据处理，并根据具体的

3、数据处理结果发出报损耗低、灵敏度高、抗电磁干扰、电绝缘性好、带宽警信息；另一种方法是将电阻应变片直接贴在输大等优点，所以在桥梁、大坝、海水温度、电力线缆[5]电杆塔的结构件上[2]，直接进行监测。这2种方法覆冰等在线监测领域中具有广阔的应用前景。在应用时，都受到一些因素的限制，给监测工作带在设计实现输电线杆塔倾斜监测传感系统来不利的影响。时，采用光纤布拉格光栅是最简单、最普遍的光纤光纤传感器自20世纪70年代问世以来，得光栅，其折射率调制深度和光栅周期一般是常数。到了广泛的关注，特别是近几年，光纤传感器的工布拉格光栅会对入射光的宽带光选择性地反射程应用研究迅速发展。其中，光纤光栅传感器

4、是用1个中心波长（即布拉格波长）与纤芯层折射率调光纤布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感制相位相匹配的窄带光。这样，光纤光栅就起到了器，可以直接传感温度和应变以及实现与温度和光波选择反射镜的作用，只有满足布拉格条件的应变有关的其他许多物理量和化学量的间接测光才能被光纤光栅反射，布拉格条件可用公式（1）量。通过光纤光栅传感器的应力变化数据可以反表示。布拉格光栅的输入谱、传输谱和反射谱如映出杆塔的倾斜状态，将这种方法应用在杆塔的图1所示。倾斜状态监测中会有很大的优势。布拉格波长（布拉格条件）可表示为λ=2nΛ（1）Beff式中n为光纤基模在布拉格波长上的有效折1光纤光栅传感技术eff射率

5、；Λ为光栅的周期。λ与Λ和n有关，而Λ和n又受温度和应光纤光栅是通过一定方法使纤芯折射率发生Beffeff轴向周期性调制而形成的衍射光栅，主要有光纤变的影响。因此，温度和应变的变化可以使反射布拉格光栅、啁啾光栅、长周期光栅等类型[3]。光纤的布拉格波长λ相对于原来的光栅的中心波长B·开发与应用·黄春林等光栅传感技术在输电杆塔倾斜监测中的应用·29·所感应到的应力变化信息，从而对应得到杆塔的倾斜状态信息，实现对杆塔倾斜状态的监测。2.1光纤及光栅传感器的布设方式为了使光纤布拉格光栅能够准确地反应输电线杆塔的倾斜状态变化，必须使光纤布拉格光栅与杆塔同步变形。如果将刻写好的光栅直接与光纤熔接

6、在一起，然后再用专用或特制的粘结剂将它们粘贴在被测杆塔表面上，这样就不能保证杆塔产生的表面应力的变化与光栅所感应到的应力变化保持同步，也就不能实现有效、可靠的倾斜状态监测。此时可以考虑对光栅进行封装，即用金属材料对光栅进行封装，使得金属封装所感应的应力变化能够反应在光栅上。为了使封装以后的传感器更加方便地固定在输电线杆塔的表面，在金属封装的两端各留1个图1布拉格光栅的输入谱、传输谱与反射谱钻孔，这样可以用螺母将封装好的光栅固定在输Fig.1Theincidentspectrum,transmissionspectrum电线杆塔的表面，而且能够保证2者之间同步变andreflectanc

7、espectrumofFBG形，使得有效地实现倾斜监测成为可能。光栅的封[6]装如图2所示。有波长漂移。其中应力变化引起的布拉格波长变化为△λ=（1-P）·△ε·λ=K·△ε·λ（2）εeBεB式中△λ为应变变化引起的波长位移；P为光纤εe的弹光系数；△ε为应力变化量；K为光纤布拉格ε图2光栅的封装光栅的应变灵敏度系数。光纤布拉格光栅选定后，Fig.2EncapsulationofFBGK为常数。ε对于普通单模石英光纤，P=0.22μs，则有光