CN103245304B - 用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，它包括传感器封装壳体、固定连接在传感器封装壳体顶部的基板、一端固定在基板上的片状摆臂、固定在片状摆臂另一端的摆锤、设置在传感器封装壳体左侧并与摆锤一端对应的第一顶丝、设置在传感器封装壳体右侧并与摆锤另一端对应的第二顶丝，其中，所述片状摆臂的长度方向上贴合有应变检测光纤布拉格光栅，所述应变检测光纤布拉格光栅串联有环境温度检测光纤布拉格光栅。本发明能实现高精度的杆塔水平角度测量，并且不受电场以及环境温度的影响。<!--1-->

Description

用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器

技术领域

本发明涉及光纤角度传感器技术领域，具体涉及一种用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器。

技术背景

高压输电线路杆塔的水平角度是反映杆塔运行状态的一个重要指标。由于覆冰、导线舞动等影响，高压输电线路杆塔的倒塌事故时有发生。杆塔的水平角度测量对监测杆塔的健康状态有重要的指示作用，因此，电力部门要求定期监测杆塔的水平角度。常规的高压输电线路杆塔水平角度的监测采用电类的角度传感器，或由测试人员到塔下用专用设备对杆塔水平角度进行测量、记录，然后分析杆塔的水平角度。上述高压输电线路杆塔水平角度的监测方式往往存在易受高压电场环境影响、易受气候影响、精度差、浪费人力、不能实时监测等缺点。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术问题，提供一种用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，该角度传感器能实现高精度的杆塔水平角度测量，并且不受电场以及环境温度的影响。

为实现此目的，本发明所设计的用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，其特征在于:它包括传感器封装壳体、固定连接在传感器封装壳体顶部的基板、一端固定在基板上的片状摆臂、固定在片状摆臂另一端的摆锤、设置在传感器封装壳体左侧并与摆锤一端对应的第一顶丝、设置在传感器封装壳体右侧并与摆锤另一端对应的第二顶丝，其中，所述片状摆臂的长度方向上贴合有应变检测光纤布拉格光栅，所述应变检测光纤布拉格光栅串联有环境温度检测光纤布拉格光栅。

所述第一顶丝与传感器封装壳体左侧之间通过调节螺丝连接；所述第二顶丝与传感器封装壳体右侧之间也通过调节螺丝连接。

所述片状摆臂为弹簧钢片状摆臂。

所述片状摆臂的厚度范围为0.8~1.2 mm，所述片状摆臂的长度范围为6.5~7.5 cm。

所述应变检测光纤布拉格光栅中布拉格光栅的长度范围为1~2cm。

所述传感器封装壳体为长方体壳体。

本发明使用先进的光纤光栅传感技术，设计无源杆塔水平角度传感器。在高压杆塔上光纤光栅温度传感器相对于传统的电学类温度传感器件具有不受电磁干扰，无需供电，测量精度高，分辨率高，响应速度快的优点。本发明传感器的平均无故障时间可长达15年，可长期应用于高温、高湿及存在化学侵蚀的恶劣环境。本发明的传感器在使用时可利用光纤作为光传感信号通道，可以实现与远端设备之间的直连，解决了原有电类传感器由于需要安装供电设备所带来的后期维护困难的技术问题。

另外，本发明的传感器可以对杆塔的水平角度进行实时、在线监测，有助于防止导线舞动、覆冰引起的倒塔事故的发生，对电网的运行提供安全保障，也为国民经济的发展和广大人民群众的生活质量提供保障。还可以准确的监测到人工测量方法很难或不能测量的杆塔顶部水平角度变化，解决了人工测量方法带来的各种问题。

本发明利用布拉格光栅检测无源杆塔水平角度的原理为：光纤传感技术是伴随着光导纤维及光纤通信技术发展而迅速发展起来的一种以光为载体、光纤为媒质、感知和传输外界信号的新型传感技术。本发明是利用布拉格光栅作为敏感元件的功能型光纤传感器，其传感原理是利用光纤材料的光敏性，用紫外光的空间干涉条纹在纤芯内形成空间相位光栅，根据外界物理参量对反射布拉格光栅中心波长的影响来反向检测外界物理值。对布拉格光栅中心波长有影响的物理量有两种：温度和应力。并且，布拉格光栅中心波长的变化与温度和应力呈线性关系，由于光纤本身的绝缘性，光信号不易受电磁环境影响，所以将光纤布拉格光栅封装成水平角度传感器可以用于监测杆塔水平角度变化，以一个处于自由态的光栅做温度补偿可以提高角度监测的精度。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明安装结构示意图。

其中，1—摆锤、2—第一顶丝、3—片状摆臂、4—基板、5—环境温度检测光纤布拉格光栅、6—传感器封装壳体、7—第二顶丝、8—应变检测光纤布拉格光栅、9—调节螺丝。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明：

如图1所示的用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，它包括传感器封装壳体6、固定连接在传感器封装壳体6顶部的基板4、一端固定在基板4上的片状摆臂3、固定在片状摆臂3另一端的摆锤1、设置在传感器封装壳体6左侧并与摆锤1一端对应的第一顶丝2、设置在传感器封装壳体6右侧并与摆锤1另一端对应的第二顶丝7，其中，片状摆臂3的长度方向上贴合有应变检测光纤布拉格光栅8，应变检测光纤布拉格光栅8串联有环境温度检测光纤布拉格光栅5。上述第一顶丝2和第二顶丝7的设计精度必须保证其作用于摆锤1上的左右位置对称，这样在安装水平调试时才能保证初始水平位置的精度以及应变光栅的预应力最小，发生水平角度变化时，片状摆臂3在设计方向有弯曲，这样通过应变检测光纤布拉格光栅8才能得到测量方向的水平角度变化量。环境温度检测光纤布拉格光栅5用于检测实时传感器内的环境温度变化，减少环境温度变化带来的角度检测误差。

上述技术方案中，环境温度检测光纤布拉格光栅5在传感器封装壳体6内为自由态。

上述技术方案中，必须保证应变检测光纤布拉格光栅8粘接方向与片状摆臂3平行，并且固定的各点预应力一致，光栅布纤的过程中要保证最小的弯曲半径。

上述技术方案中，第一顶丝2与传感器封装壳体6左侧之间通过调节螺丝9连接；第二顶丝7与传感器封装壳体6右侧之间也通过调节螺丝9连接。通过调节螺丝9实现顶丝的运动，初始状态下第一顶丝2和第二顶丝7夹紧摆锤1，使摆锤1不能晃动，安装完成后将第一顶丝2和第二顶丝7松开，使摆锤1可以在小范围内晃动。

上述技术方案中，片状摆臂3为弹簧钢片状摆臂。片状摆臂3的厚度范围为0.8~1.2 mm，片状摆臂3的长度范围为6.5~7.5 cm。上述片状摆臂3的结构形式能更加准确的应该杆塔发生的角度变化，有利于提高杆塔角度检测的灵敏性，很细微的杆塔角度改变都能通过上述片状摆臂3反应出来。

上述技术方案中，所述应变检测光纤布拉格光栅8中布拉格光栅的长度范围为1~2cm。该设计有利于提高杆塔角度检测的准确性。

上述技术方案中，传感器封装壳体6为长方体壳体。

本发明使用时将传感器外部封装成长方体，两个传感器组合使用，相互垂直固定在底板上如图2所示，将底板安装于杆塔横担的几何中心处，测量x、y两个方向的水平角度。

上述技术方案中，传感器的感应信号通过串联的应变检测光纤布拉格光栅8和环境温度检测光纤布拉格光栅5传递给外接处理器。

本发明的角度测量过程为：一个角度传感器可以测量一个方向的角度变化，安装前将第一顶丝2和第二顶丝7扭到底，使摆锤1不能晃动，安装完成后将第一顶丝2和第二顶丝7松开，使摆锤1可以在小范围内晃动。当安装的底板发生水平角度变化时，摆锤1向一个方向摆动，片状摆臂3发生弯曲，片状摆臂3上的应变检测光纤布拉格光栅8拉伸或压缩，通过外接处理器可以计算波长变化量，再减去环境温度检测光纤布拉格光栅5的波长变化量，即可在外接处理器中算出传感器代表的方向水平变化角度。在杆塔横担安装水平角度传感器，可以通过光纤在远端实现杆塔水平角度的实时监测。

本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (3)

1.一种用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，其特征在于:它包括传感器封装壳体(6)、固定连接在传感器封装壳体(6)顶部的基板(4)、一端固定在基板(4)上的片状摆臂(3)、固定在片状摆臂(3)另一端的摆锤(1)、设置在传感器封装壳体(6)左侧并与摆锤(1)一端对应的第一顶丝(2)、设置在传感器封装壳体(6)右侧并与摆锤(1)另一端对应的第二顶丝(7)，其中，所述片状摆臂(3)的长度方向上贴合有应变检测光纤布拉格光栅(8)，所述应变检测光纤布拉格光栅(8)串联有环境温度检测光纤布拉格光栅(5)，所述第一顶丝(2)与传感器封装壳体(6)左侧之间通过调节螺丝(9)连接；所述第二顶丝(7)与传感器封装壳体(6)右侧之间也通过调节螺丝(9)连接，所述片状摆臂(3)的厚度范围为0.8～1.2mm，所述片状摆臂(3)的长度范围为6.5～7.5cm，环境温度检测光纤布拉格光栅(5)在传感器封装壳体(6)内为自由态，所述应变检测光纤布拉格光栅(8)中布拉格光栅的长度范围为1～2cm，应变检测光纤布拉格光栅(8)粘接方向与片状摆臂(3)平行，并且固定的各点预应力一致。

2.根据权利要求1所述的用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，其特征在于:所述片状摆臂(3)为弹簧钢片状摆臂。

3.根据权利要求1所述的用于杆塔水平角度测量的带温度补偿光纤角度传感器，其特征在于:所述传感器封装壳体(6)为长方体壳体。