CN102778208A - 一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术 - Google Patents

一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术 Download PDF

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李川
郭丹
许晓平
薛珍丽
李晓龙
蔡周春
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Kunming University of Science and Technology
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Kunming University of Science and Technology
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Abstract

本发明提供了一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术,属光电子测量技术领域,首先把光纤Bragg光栅应变传感器分别沿轴线方向焊接在电力铁塔的塔基塔身主材上,当外荷载的变化时,引起塔身主材发生挠度变化,导致粘贴在塔身主材上的光纤Bragg光栅应变传感器发生波长移位,光纤Bragg光栅通过外接光纤,经过处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值,利用位移值和受力值之间的关系,实现对塔身主材的健康状况进行实时监测。本发明可实现对塔身主材产生的挠度变化进行在线监测,光纤Bragg光栅是电绝缘材料,具有抗电磁干扰能力(EMI),同时,结构简单,使用方便。

Description

一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术
技术领域
本发明涉及一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术,属光电子测量技术领域。
背景技术
作为电力铁塔的重要组成部分,塔身主材具体指塔身立体桁架的四根主要杆件,是电力铁塔受力的主要支撑构件,承受铁塔整体的水平和垂直荷载。由于地震、强风荷载、线路覆冰等自然灾害的影响,塔身主材受力形变会显著增加,将可能产生压坏、拉坏、扭坏等现象,严重时会发生倒塔断线事故。
一种输电线路杆塔张力及倾斜监测装置(参见文献:罗晶等,“输电线路杆塔不平衡张力及倾斜监测装置的研究”,《湖南电力》,2011 年8 月,第31 卷第4 期)。该方案涉及通过在杆塔塔腰上安装2个基于加速度传感器的双轴角度倾角传感器获取杆塔塔腰的扭动和倾斜度,此类方法采用电测量方式,包含有源元件没有光纤的绝缘优势安装不合理容易导致不安全事故,涉及到各种辅助电子电路,电路短路等容易时塔身主材的钢材带电造成不安全事故,及电子信号的传输易受电磁干扰是检测结果不准确,而光纤材料本身是绝缘材料有很好抗干扰能力。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术,将光纤Bragg光栅传感技术与电力铁塔塔身主材受力形变状况相结合,对塔身主材产生的挠度变化进行在线监测,光纤Bragg光栅是电绝缘材料,具有抗电磁干扰能力(EMI),同时,结构简单,使用方便。
本发明采用的技术方案:一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术,首先把光纤Bragg光栅应变传感器3分别沿轴线方向焊接在电力铁塔的塔身主材2上,当外荷载的变化时,引起塔身主材2发生挠度变化,导致粘贴在塔身主材2上的光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅发生波长移位,光纤Bragg光栅应变传感器3通过外接光纤,进过处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值,利用公式
Figure 2012102550897100002DEST_PATH_IMAGE001
其中,公式中
Figure 2012102550897100002DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向的力,
Figure 2012102550897100002DEST_PATH_IMAGE003
为水平方向上的拉力,
Figure 2012102550897100002DEST_PATH_IMAGE004
为塔身主材的高度,
Figure 2012102550897100002DEST_PATH_IMAGE005
为塔身主宽度,E为横担钢材的Young’s模量,A为塔身主材截面面积,
Figure DEST_PATH_IMAGE006
为光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅波长移位,
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为中心波长,
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为有效弹光系数,从而实现波长与塔身主材2受力情况的对应关系,这样就可以对塔身主材的健康状况进行实时监测。
本发明的有益效果是:将光纤Bragg光栅传感技术与电力铁塔塔身主材受力形变状况相结合,对塔身主材产生的挠度变化进行在线监测,光纤Bragg光栅是电绝缘材料,具有抗电磁干扰能力(EMI),同时,结构简单,使用方便。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的受力分析图。
图中:1-横担,2-塔身主材,3-光纤Bragg光栅应变传感器,4-横杆,5-塔基。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明,以方便技术人员理解。
如图1所示:电力塔架包括横担1,塔身主材2,斜杆4,塔基5;两侧横担1的端部分别受水平方向和垂直方向两个力,所述的横担1,塔身主材2,斜杆4,塔基5都是电力铁塔的基本构件,光纤Bragg光栅应变传感器3为市售的普通元件。
一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术,首先把光纤Bragg光栅应变传感器3分别沿轴线方向焊接在电力铁塔的塔身主材2上,当外荷载的变化时,引起塔身主材2发生挠度变化,导致粘贴在塔身主材2上的光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅发生波长移位,光纤Bragg光栅应变传感器3通过外接光纤,进过处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值,利用公式
Figure DEST_PATH_IMAGE009
其中,公式中
Figure 894032DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向的力,
Figure 314649DEST_PATH_IMAGE003
为水平方向上的拉力,
Figure 724902DEST_PATH_IMAGE004
为塔身主材的高度,
Figure 572772DEST_PATH_IMAGE005
为塔身主宽度,E为横担钢材的Young’s模量,A为塔身主材截面面积,
Figure 435686DEST_PATH_IMAGE006
为光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅波长移位,
Figure 659994DEST_PATH_IMAGE007
为中心波长,
Figure 987070DEST_PATH_IMAGE008
为有效弹光系数,从而实现波长与塔身主材2受力情况的对应关系,这样就可以对塔身主材的健康状况进行实时监测。
本发明测量技术的数学模型如下:
    根据结构力学横担主材的内力计算式为
Figure DEST_PATH_IMAGE010
                         (1)
式中,
Figure 209104DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向的力,
Figure DEST_PATH_IMAGE011
为水平方向上的拉力,
Figure 559314DEST_PATH_IMAGE004
为塔身主材的高度,
Figure 259417DEST_PATH_IMAGE005
为塔身主宽度。
根据胡克定律:
                    
Figure DEST_PATH_IMAGE012
                                       (2)
式中,E为横担钢材的Young’s模量;为正应力。
又根据正应力的计算公式
                              
Figure DEST_PATH_IMAGE014
                                      (3)
式中,
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为轴力;A为塔身主材截面面积。
将(3)式代入(2)式得
                              
Figure DEST_PATH_IMAGE016
                                      (4)
光纤光栅均匀轴向应变引起的波长移位为:
                               
Figure DEST_PATH_IMAGE017
                                    (5)
式中,
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为光纤Bragg光栅的波长移位;为中心波长;
Figure 706371DEST_PATH_IMAGE008
为有效弹光系数;为轴向应变。
将(4)式代入(5)式得
Figure 543877DEST_PATH_IMAGE020
                              (6)
将(1)式代入(6)式,替换变量
Figure 47671DEST_PATH_IMAGE015
,由此可得光纤Bragg光栅波长移位
Figure DEST_PATH_IMAGE021
与横担主材受力关系如下:
Figure 21443DEST_PATH_IMAGE022
                 (7)
将式(7)改写为矩阵形式:
                  
Figure DEST_PATH_IMAGE023
                    (8)
根据线性代数的最小二乘法:
                                (9)
式中,
Figure DEST_PATH_IMAGE025
Figure 910082DEST_PATH_IMAGE026
Figure DEST_PATH_IMAGE027
X可表示为:
Figure 14304DEST_PATH_IMAGE028
                            (10)
可得:
(11)。
实施例
如图1所示:配置实验,在实际制作中的具体参数为:塔身主材材料参数为:选择Q235钢材为塔身主材,Q235钢材的Young’s模量为E=200 GPa ;塔身主材尺寸:长度为12m,宽度为1.68m,塔身主材截面积
Figure 111092DEST_PATH_IMAGE030
mm2;四根光纤Bragg光栅的技术参数分别为:中心波长
Figure DEST_PATH_IMAGE031
=1547.000 nm,
Figure DEST_PATH_IMAGE032
=1550.000 nm,
Figure DEST_PATH_IMAGE033
=1553.000 nm,
Figure DEST_PATH_IMAGE034
=1556.000 nm,有效弹-光系数p e =0.22。
用光纤光栅分析仪获取光纤Bragg光栅的Bragg波长,将已知量代入式(11),则塔身主材受力与安装在塔身四根主材的光纤Bragg光栅的中心波长位移的关系(单位:N/nm)为:
Figure DEST_PATH_IMAGE035
这样只要知道光纤Bragg光栅的中心波长位移,就可以计算出塔身主材受力情况。
本发明通过具体实施过程进行说明的,在不脱离本发明范围的情况下,还可以对本发明专利进行各种变换及等同代替,因此,本发明专利不局限于所公开的具体实施过程,而应当包括落入本发明专利权利要求范围内的全部实施方案。

Claims (1)

1.一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术,其特征在于:首先把光纤Bragg光栅应变传感器分别沿轴线方向焊接在电力铁塔的塔身主材上,当外荷载的变化时,引起塔身主材发生挠度变化,导致粘贴在塔身主材上的光纤Bragg光栅应变传感器的光纤Bragg光栅发生波长移位,光纤Bragg光栅应变传感器通过外接光纤,进过处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值,利用公式
其中,公式中
Figure 61822DEST_PATH_IMAGE002
为垂直方向的力,
Figure 499757DEST_PATH_IMAGE003
为水平方向上的拉力,
Figure 858057DEST_PATH_IMAGE004
为塔身主材的高度,
Figure 330626DEST_PATH_IMAGE005
为塔身主宽度,E为横担钢材的Young’s模量,A为塔身主材截面面积,
Figure 378829DEST_PATH_IMAGE006
为光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅波长移位,
Figure 304060DEST_PATH_IMAGE007
为中心波长,
Figure 466051DEST_PATH_IMAGE008
为有效弹光系数,从而实现波长与塔身主材受力情况的对应关系,这样就可以对塔身主材的健康状况进行实时监测。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103673910A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 大连大学 横担主材受力形变的光纤Bragg光栅测量方法
CN104567707A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 云南电网公司电力科学研究院 一种电力铁塔塔身结构受力变形的在线监测系统
CN106705865A (zh) * 2017-03-02 2017-05-24 青岛理工大学 一种光纤光栅串接方式下的光纤光栅位移计
CN108871263A (zh) * 2018-07-24 2018-11-23 安徽宏源线路器材有限公司 一种钢管输电杆塔横担形变监测装置系统

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080107379A1 (en) * 2006-06-06 2008-05-08 Oki Electric Industry Co., Ltd Fiber bragg grating system having a thermo module for supplying or absorbing heat to or from an FBG module
CN101793503A (zh) * 2010-03-26 2010-08-04 昆明理工大学 鸭嘴式横担主材受力形变的光纤Bragg光栅测量方法
CN202039633U (zh) * 2011-04-29 2011-11-16 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种智能监测三维应力复合材料杆塔

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080107379A1 (en) * 2006-06-06 2008-05-08 Oki Electric Industry Co., Ltd Fiber bragg grating system having a thermo module for supplying or absorbing heat to or from an FBG module
CN101793503A (zh) * 2010-03-26 2010-08-04 昆明理工大学 鸭嘴式横担主材受力形变的光纤Bragg光栅测量方法
CN202039633U (zh) * 2011-04-29 2011-11-16 国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司 一种智能监测三维应力复合材料杆塔

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李天星: "光纤Bragg 光栅传感器传感原理及常见结构", 《红外技术》, vol. 32, no. 7, 31 July 2010 (2010-07-31) *
黄春林等: "光栅传感技术在输电杆塔倾斜检测中的应用", 《电力系统通信》, vol. 30, no. 204, 10 October 2009 (2009-10-10), pages 28 - 31 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103673910A (zh) * 2013-12-03 2014-03-26 大连大学 横担主材受力形变的光纤Bragg光栅测量方法
CN104567707A (zh) * 2014-12-29 2015-04-29 云南电网公司电力科学研究院 一种电力铁塔塔身结构受力变形的在线监测系统
CN106705865A (zh) * 2017-03-02 2017-05-24 青岛理工大学 一种光纤光栅串接方式下的光纤光栅位移计
CN106705865B (zh) * 2017-03-02 2018-12-28 青岛理工大学 一种光纤光栅串接方式下的光纤光栅位移计
CN108871263A (zh) * 2018-07-24 2018-11-23 安徽宏源线路器材有限公司 一种钢管输电杆塔横担形变监测装置系统

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