CN102175888B - 输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统 - Google Patents

输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN102175888B
CN102175888B CN 201010621828 CN201010621828A CN102175888B CN 102175888 B CN102175888 B CN 102175888B CN 201010621828 CN201010621828 CN 201010621828 CN 201010621828 A CN201010621828 A CN 201010621828A CN 102175888 B CN102175888 B CN 102175888B
Authority
CN
China
Prior art keywords
bragg grating
fiber bragg
transmission line
grating fbg
air velocity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN 201010621828
Other languages
English (en)
Other versions
CN102175888A (zh
Inventor
李成榕
马国明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North China Electric Power University
Original Assignee
North China Electric Power University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North China Electric Power University filed Critical North China Electric Power University
Priority to CN 201010621828 priority Critical patent/CN102175888B/zh
Publication of CN102175888A publication Critical patent/CN102175888A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102175888B publication Critical patent/CN102175888B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明公开了在线监测系统技术领域中的一种输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统。所述系统包括光纤复合架空地线、波长解调装置、监控计算机以及4个输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器；所述传感器包括受压板、中心轴、等强度梁、光纤布拉格光栅、光纤座和封装盒体。该输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统不需要现场电源，由于光的传播速度极快，监控计算机可以实时获得现场的风速风向情况，克服了现有监测系统的缺点，简化了系统结构，提高了系统可靠性。

Description

输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统
技术领域
本发明属于一种在线监测系统技术领域，尤其是涉及一种输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统。
背景技术
架空输电线路覆冰造成导线断线、杆塔倒塌、绝缘子闪络等事故，给社会造成了巨大的经济损失。对架空输电线路进行覆冰状态的在线监测可以实时获得输电线路覆冰状况，提前调度电网负荷，启动融冰设备，有效避免灾害的发生。现有覆冰在线监测方法主要有气象法、图像监控器法、导线温度倾角法和称重法。其中应用最广泛的是称重法，在这种方法中称重传感器测量结果是冰荷载和风荷载之和，风速的大小对覆冰会起到一定的影响作用，风速越大的地方越容易覆冰，因此为了更准确的获得输电线路覆冰情况需要对风荷载进行监测。
现有用于输电线路覆冰监测的风速传感器有以下几种：风杯式、热线式、超声波式、多普勒频移式和皮托管式。在实际使用中发现这几种风速传感器都存在下列问题：1)传感器安装在恶劣的电磁环境中，易受电磁干扰的影响。2)目前覆冰在线监测终端所测风速为瞬时风速，且间隔若干分钟监测一次，但由于自然界的风速变化很快，用这些传感器测量的风速计算冰荷载将造成很大的误差。而减小监测间隔时间实时监测又需要容量很大的电源，这在输电线路覆冰监测现场是无法实现的。3)现有风速传感器测量结果需要通过无线方式传递给监控中心，由于易覆冰区多位于山谷，无线通信信号不稳定，导致风速测量结果无法传输。
发明内容
针对上述背景技术中现有架空输电线路存在的风速传感器需要现场电源、易受复杂电磁环境影响、结构复杂、系统不稳定、无法实时传递现场信息等问题，本发明提出了一种输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统。
本发明的技术方案是，一种输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，其特征是所述架空输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器包括受压板、中心轴、等强度梁、光纤布拉格光栅、光纤座和封装盒体；所述等强度梁固定在封装盒体内；所述受压板的中心有一个垂直于受压板平面的中心轴，中心轴的末端有一个凸起，凸起和等强度梁实现点接触；等强度梁上下表面的中心轴上分别对称粘贴一支光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅通过光纤连接到盒体上的光纤座上。
所述受压板为圆形。
所述等强度梁的材料铍青铜，厚度为15毫米、长度为80毫米、宽度为10毫米。
所述两支光纤布拉格光栅的布拉格波长差精确到0.1纳米。
一种输电线路覆冰监测用监测系统，其特征是包括光纤复合架空地线、波长解调装置、监控计算机以及4个输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器通过复合架空地线与波长解调装置连接；波长解调装置与监控计算机连接，4个输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器按照正交坐标系布置；波长解调装置用于实时解调光纤布拉格光栅的反射中心波长，然后将解调出的中心波长值发送给监控计算机。
本发明基于光纤布拉格光栅传感技术，设计了用于输电线路覆冰监测的风速传感器，使用光纤布拉格光栅对风速风向进行测量，通过光纤复合架空地线进行光的传输。这种光纤布拉格光栅风速传感器不需要现场电源，同时由于光传播速度极快，监控计算机可以实时获得现场的风速风向情况，克服了现有监测系统的缺点，简化了系统结构，提高了系统可靠性。
附图说明
图1是光纤布拉格光栅风速传感器的结构图。
图2是输电线路光纤布拉格光栅风速风向监测系统。
图3是光纤布拉格光栅风速传感器的布置方式。
具体实施方式
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。
一种输电线路光纤布拉格光栅风速风向监测系统，包括光纤复合架空地线、波长解调装置、监控计算机以及4个输电线路光纤布拉格光栅风速传感器。4个输电线路光纤布拉格光栅风速传感器按照正交坐标系布置，将所测量的4个方向的风速进行几何合成计算获得风向信息。
图1是根据本发明一个实施例的光纤布拉格光栅风速传感器的结构图，包括受压板1、等强度梁2和用于封装的盒体3，所述的受压板的中心，有一个垂直于受压板平面的中心轴4，中心轴的末端有一个凸起，此凸起和所述等强度梁的首端实现点接触，等强度梁的末端固定在所述盒体上，为了减少轴与盒体之间的摩擦，降低传感器的启动风速，轴与盒体之间通过直线轴承5连接，在等强度梁上下表面的中轴线上分别对称粘贴一支光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅通过光纤连接到盒内的光纤座6上。
所述受压板优选为圆板。所述等强度梁材料优选为铍青铜，该材料具有屈服强度大，弹性形变范围大，弹性滞后小，耐磨，耐低温，耐腐蚀等优点，这种材料的杨氏模量为128吉帕，屈服强度为1000兆帕，抗拉强度为1250兆帕，相应的弹性应变范围为7812.5微应变，大于光纤布拉格光栅应变范围。过薄过窄的铍青铜在不受力的情况下也会发生变形，因此本设计中铍青铜的厚度优选为1.5毫米，长度优选为80毫米，宽度优选为10毫米。
所述的裸光纤布拉格光栅的布拉格波长精确到0.1纳米以下，通过对同波段FBG进行波长挑选，将两个光纤布拉格光栅FBG(Fiber Bragg Grating)的初始布拉格波长(Bragg grating wave length)差控制在0.1纳米以内。
当风吹到圆板迎风面时，圆板迎风面所受压强大于大气压，背风面所受压强小于大气压，因此圆板受到风产生的压力。当圆板受力后会向下压所述等强度梁的顶端，等强度梁产生形变。在等强度梁受力产生形变后，其上表面上粘贴的光纤布拉格光栅FBG1(Fiber Bragg Grating)受到拉应变的影响，布拉格波长(Bragg grating wave length)λ1增大，相对的下表面光纤布拉格光栅FBG2(Fiber Bragg Grating)布拉格波长(Bragg grating wave length)λ2减小。由于等强度梁上下表面应变大小相同方向相反，通过在等强度梁上下表面对称粘贴此种裸光纤布拉格光栅的方法克服了应变与温度交叉影响问题。可以通过测量光纤布拉格光栅FBG(Fiber Bragg Grating)布拉格波长的变化得到风速。
图2是根据本发明的一个实施例的输电线路光纤布拉格光栅风速风向监测系统，包括4个光纤布拉格光栅风速传感器、光纤复合架空地线OPGW(OpticalFiber Composite Overhead Ground Wire)、波长解调装置以及监控计算机。光纤布拉格光栅风速传感器测量输电线路附近的风速风向情况，光纤复合架空地线OPGW(Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire)将光纤布拉格光栅传感器与变电站内的光纤布拉格光栅解调仪连接起来，实现两者之间的光信号连接；波长解调装置实时解调传感光纤布拉格光栅的反射中心波长，然后将解调出的中心波长值发送给监控计算机。
图3是光纤布拉格光栅风速传感器的布置方式，它的结构是将4个所述的光纤布拉格光栅风速传感器按照正交坐标系布置，将所测量的4个方向的风速进行几何合成计算获得风向信息。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，其特征是所述输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器包括受压板、中心轴、等强度梁、光纤布拉格光栅、光纤座和封装盒体；所述等强度梁固定在封装盒体内；所述受压板的中心有一个垂直于受压板平面的中心轴，中心轴的末端有一个凸起，凸起和等强度梁实现点接触；等强度梁上下表面的中心轴上分别对称粘贴一支光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅通过光纤连接到盒体上的光纤座上。
2.根据权利要求1所述输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，其特征是所述受压板为圆形。
3.根据权利要求1所述输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，其特征是所述等强度梁的材料为铍青铜，厚度为15毫米、长度为80毫米、宽度为10毫米。
4.根据权利要求1所述输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，其特征是所述两支光纤布拉格光栅的布拉格波长差精确到0.1纳米。
5.一种输电线路覆冰监测用监测系统，其特征是包括光纤复合架空地线、波长解调装置、监控计算机以及4个如权利要求1所述的输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器，输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器通过复合架空地线与波长解调装置连接；波长解调装置与监控计算机连接，4个输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器按照正交坐标系布置；波长解调装置用于实时解调光纤布拉格光栅的反射中心波长，然后将解调出的中心波长值发送给监控计算机。
CN 201010621828 2010-12-27 2010-12-27 输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统 Expired - Fee Related CN102175888B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010621828 CN102175888B (zh) 2010-12-27 2010-12-27 输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN 201010621828 CN102175888B (zh) 2010-12-27 2010-12-27 输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102175888A CN102175888A (zh) 2011-09-07
CN102175888B true CN102175888B (zh) 2013-05-01

Family

ID=44519093

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN 201010621828 Expired - Fee Related CN102175888B (zh) 2010-12-27 2010-12-27 输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN102175888B (zh)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103630078A (zh) * 2012-08-23 2014-03-12 北京邮电大学 架空输电线路覆冰厚度检测装置及检测方法
CN103076463B (zh) * 2013-01-05 2014-10-01 昆明理工大学 一种风杯式光纤Bragg光栅风速风向传感器
CN103344782B (zh) * 2013-06-17 2015-04-15 华北电力大学 一种光纤布喇格光栅风向传感系统及风向计算方法
CN103954227A (zh) * 2014-04-25 2014-07-30 西南交通大学 一种基于温度匹配的高灵敏度实时叶片扰度监测方案
CN105606843B (zh) * 2015-12-24 2018-11-09 华北电力大学 一种光纤布喇格光栅风向传感器及风向计算方法
CN106124801A (zh) * 2016-08-03 2016-11-16 常熟市浙大紫金光电技术研究中心 基于光纤光栅的风速传感装置及风速风向监测系统
CN106368676B (zh) * 2016-09-29 2019-04-16 吉林大学 冰钻光纤布拉格光栅声学测井仪
CN107505477B (zh) * 2017-09-26 2019-12-06 哈尔滨工程大学 一种三维光纤布拉格光栅风速风向传感器及系统
CN110940829A (zh) * 2019-12-06 2020-03-31 石家庄铁道大学 光纤光栅风向传感器及光纤光栅风速风向传感器
WO2021171589A1 (ja) * 2020-02-28 2021-09-02 日本電気株式会社 風速特定システム、風速特定装置、及び風速特定方法
CN111521120B (zh) * 2020-04-27 2021-07-27 贵州电网有限责任公司 一种输电线路除冰机器人测厚光栅保护装置
CN111931556B (zh) * 2020-06-15 2021-12-10 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 一种输电线覆冰监测管理系统

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5692386A (en) * 1996-08-09 1997-12-02 C & S Manufacturing Cooling apparatus for an animal confinement house
CN101833014A (zh) * 2010-03-30 2010-09-15 山东省科学院激光研究所 光纤光栅式风电场风速远程检测仪

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4831695B2 (ja) * 2007-09-26 2011-12-07 独立行政法人産業技術総合研究所 Ｆｂｇセンサ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5692386A (en) * 1996-08-09 1997-12-02 C & S Manufacturing Cooling apparatus for an animal confinement house
CN101833014A (zh) * 2010-03-30 2010-09-15 山东省科学院激光研究所 光纤光栅式风电场风速远程检测仪

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
JP特开2009-79973A 2009.04.16
K Schroeder et al..A fibre Bragg grating sensor system monitors operational load in a wind turbine rotor blade.《MEASUREMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY》.2006,1167-1172. *
马国明等.架空输电线路覆冰监测光纤光栅拉力倾角传感器的研制.《中国电机工程学报》.2010,第30卷(第34期),132-138. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN102175888A (zh) 2011-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102175888B (zh) 输电线路覆冰监测用光纤布拉格光栅风速传感器及系统
CN103925984B (zh) 光纤振动传感器及应用其的输电线路微风振动监测系统
CN101701859B (zh) 用于输电线路的光纤光栅监测系统
CN102141434A (zh) 一种输电线路舞动在线监测系统
CN103499300B (zh) 基于opgw光纤的导线覆冰在线监测装置和方法
CN101995485B (zh) 靶式光纤光栅流速计
CN103323140A (zh) 一种利用光纤复合架空地线余缆解决光纤布里渊散射监测存在的交叉敏感的方法
CN103630078A (zh) 架空输电线路覆冰厚度检测装置及检测方法
CN106124801A (zh) 基于光纤光栅的风速传感装置及风速风向监测系统
CN114923529B (zh) 一种架空输电导线运行状态分布式监测的装置及方法
CN103674083A (zh) 高速粒子撞击测试系统
CN107505477B (zh) 一种三维光纤布拉格光栅风速风向传感器及系统
CN103363914A (zh) 一种采用opgw数据传输的输电导线覆冰监测系统
CN103076070A (zh) 一种电缆敷冰检测装置
CN203177817U (zh) 用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器
CN103344782B (zh) 一种光纤布喇格光栅风向传感系统及风向计算方法
CN110133324A (zh) 一种差动式光纤光栅加速度传感装置
CN202793660U (zh) 基于光纤传感的架空输电线的拉力监测系统
CN207866359U (zh) 一种架空输电线路振动状态监测装置
CN101650200A (zh) 输电线路弧垂在线监测系统
CN201569523U (zh) 一种应用于光纤复合相线oppc的应力应变测量装置
CN205941599U (zh) 基于光纤光栅的风速传感装置及风速风向监测系统
CN205229527U (zh) 电力电缆接头温度监测用复合光缆及其监测系统
CN103837273A (zh) 应力监测装置及制造方法
CN206362384U (zh) 一种输电线路覆冰监测装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20130501

Termination date: 20201227