光纤光栅的原理以及在电力系统中的运用

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1、光纤光栅的原理以及在电力系统中的运用1.光纤光栅的原理光纤布拉格光栅（简称FBG）是在单模光纤的纤芯内通过紫外刻写技术在光纤上产生周期性折射率的调制而形成的一种全光纤器件（图1）。光纤嬢外毅光193nmnr248n®模板散射光线（-1,0,+1阶）光纤光柵图1光纤光栅制备当宽带光波通过光纤光栅时，对满足Bragg条件的入射光产生强烈的发射，并沿原传输光纤返回，而其他波长的光波可以无损耗的通过。透射过去的其他波长光波可以继续传输给其他具有不同中心波长的光纤光栅阵列，其中相应中心波长的窄带光系列将被逐一发射，全部沿原传输

2、光纤返凹，由此可实现多个光纤光栅传感器的波分复用，实现分布式测量。光纤光栅反射的中心波长市光栅周期决定，反射光谱如图2所示；当外界物理量引起光栅周期改变时，反射光谱屮心波长随之变化，由此光纤光栅可以作为传感元件。光纤光栅可以串联或并联，通过解调仪进行解调。o光纟有一定良Ifu目前对0.2-0.0-1549.61549.81S50.0155(121550.4Wovetenglh(nm)E化,并具童单位的,!9量灵敏度鬲的特点，血几只需要探测到光纤中光栅波长分布图中波峰的准确位置，与光强无关，对光强的波动不頌感，比一般的

3、光纤传感器具有更鬲的抗干扰能力。反射光诸透射光暗使用光纤布拉格光栅这一光纤传感技术来实现输电线杆塔倾斜、舞动、覆冰、负荷监测温度对比等状态监测时•，利川光纤布拉格光栅上应力变化引起的波长位移信息，得到光栅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检测。为了使光纤布拉格光栅能够准确地反映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。所以需要对光栅进行封装，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

4、线塔杆的表面，在金属封装的两端各留钻孔，这样可以用螺母将封装好的光栅固定在输电线杆塔的表血，而口能够保证两者之间同步变形，使得有效地实现倾斜监测成为可能。光栅的封装如图所示：光栅固定后，在实际爪丿方式，即将光纤拉直后，按一定的问隔定点粘在杆塔表面。传感器和解调仪Z间的连接可以采用并联的方式。如果采用串联的方式，为了能够保证有效地实现监测，在2个粘接点之间要使光纤保留一•定的富余，使得在杆塔有较大的倾斜时不至于折断光纤，从阳不影响监测。如果采用并联的方式，使用lxN分路器对N个光栅进行独立的连接。并联方式相对于串联方式

5、的优势是在单个光栅传感器出现损耗人或者断裂时不会影响其他传感器的工作。2.光纤光栅在电力系统中的运用光纤光栅传感器因不受电磁场干扰和可实现长距离低损耗传输，从而成为电力工业应用的理想选择。电线的载重量、变压器绕线的温度、人电流等都可利用光纤光栅传感器测量。在电力工业屮，电流转换器可把电流变化转化为电压变化，电压变化使压电陶瓷(PZT)产生形变，而利用贴于PZT上的光纤光栅的波长漂移，很容易得知其形变，从而得知电流强度。这是一种较为廉价的方法，并且不需要复杂的电隔离。另外，由人雪等对电线施加的过虽的压力可能会引发危险事

6、件，因此在线检测电线压力非常重要，特别是对于那些不易检测到的山区电线。光纤光栅传感器可测电线的载重屋，其原理为把载重量的变化转化为紧贴电线的金属板所受应力的变化，这一应力变化被粘于金属板上的光纤光栅传感器探测到。这是利用光纤光栅传感器实现远距离恶劣环境下测量的实例，在这种情况卜，相邻光栅的间距较大，故不需快速调制和解调。