CN112461146B - 绝缘子形变测量方法、装置和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种绝缘子形变测量方法、装置和系统。该方法包括：获取对传感光纤采集得到的散射光信号；该传感光纤置于绝缘子芯棒内；对散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据；将该入射光频率数据和该散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变；该绝缘子形变计算公式根据绝缘子芯棒的微元应变推导得出，表征入射光频率、散射光频率和绝缘子形变的对应关系。该绝缘子形变测量方法，无需任何有源器件暴露于恶劣环境中，只需在绝缘子芯棒内部植入传感光纤，便可以完成绝缘子形变的测量，不易受到外部干扰的影响，可靠性高。

Description

绝缘子形变测量方法、装置和系统

技术领域

本申请涉及电力电网技术领域，特别是涉及一种绝缘子形变测量方法、装置和系统。

背景技术

随着我国电力工程建设的快速发展，大量输电线路必然要经过气候环境恶劣的地区，保证输电线路在强风、冰灾等自然环境下安全运行是电网系统的重要工作之一。绝缘子承担着输电导线的绝缘性能和机械支撑性能，在强风中绝缘子会持续振动，导致绝缘子芯棒出现应力集中。长期运行后芯棒内部会产生裂纹，甚至发生断裂，从而影响电力系统的正常运行，给电力系统带来巨大损失。

传统的绝缘子形变的测量方法，在电力电网杆塔的底部安装视频监测装置，先通过摄像头拍摄绝缘子的图片，再通过图片判断绝缘子形变程度。由于视频监测装置需要持续供电，在恶劣环境下难以长期运行，在实际使用过程中，常因断电而导致无法持续进行绝缘子形变的测量。因此，传统的绝缘子形变的测量方法，存在可靠性低的缺点。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种可靠性高的绝缘子形变测量方法、装置和系统。

第一方面，提供了一种绝缘子形变测量方法，所述方法包括：

获取对传感光纤采集得到的散射光信号；所述传感光纤置于绝缘子芯棒内；

对所述散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据；

将所述入射光频率数据和所述散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变；所述绝缘子形变计算公式根据所述绝缘子芯棒的微元应变推导得出，表征入射光频率、散射光频率和绝缘子形变的对应关系。

在其中一个实施例中，所述将所述入射光频率数据和所述散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变之前，还包括：

分析所述绝缘子芯棒的应变与所述传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到所述绝缘子芯棒的应变表达式；

将所述绝缘子芯棒离散成多个微元，得到所述微元的应变表达式；

根据所述绝缘子芯棒的应变表达式和所述微元的应变表达式，分析微元应变与绝缘子形变的关系，得到所述绝缘子形变的计算公式。

在其中一个实施例中，所述分析所述绝缘子芯棒的应变与所述传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到所述绝缘子芯棒的应变的表达式之前，还包括：

根据所述传感光纤的散射光频率以及纤芯有效折射率和弹光系数，计算所述传感光纤的应变比例系数。

在其中一个实施例中，所述分析所述绝缘子芯棒的应变与所述传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到所述绝缘子芯棒的应变的表达式，包括：

根据所述传感光纤的入射光频率和散射光频率，计算得到所述传感光纤的散射光频移量；

根据所述传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到所述绝缘子芯棒的应变的表达式。

在其中一个实施例中，所述绝缘子芯棒为圆柱体，所述将所述绝缘子芯棒离散成多个微元，得到所述微元的应变表达式为：

式中，d为所述绝缘子芯棒的直径，ρ为所述微元的弯曲半径。

在其中一个实施例中，所述绝缘子形变的计算公式为：

式中，λ为激光光源的中心波长，Δv为所述入射光频率和所述散射光频率的差值，c为光在空气中的传播速度，K_ε为所述传感光纤的应变比例系数。

在其中一个实施例中，所述计算得到绝缘子形变之后，还包括：

输出所述绝缘子形变的计算结果。

在其中一个实施例中，所述计算得到绝缘子形变之后，包括：

当所述绝缘子形变超过预设参考值时，输出预警信息。

第二方面，提供了一种绝缘子形变测量装置，包括：

信号获取模块，用于获取对传感光纤采集得到的散射光信号；

信号分析模块，用于对所述散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据；

形变计算模块，用于将所述入射光频率数据和所述散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变。

第三方面，提供了一种绝缘子形变测量系统，包括激光光源、传感光纤、耦合器、光探测器、主控制器；

所述激光光源通过所述耦合器连接所述传感光纤，用于提供测量光信号；所述传感光纤置于绝缘子芯棒内，所述光探测器通过所述耦合器连接所述传感光纤，用于采集所述传感光纤的散射光信号；所述主控制器连接所述光探测器，用于根据上述的方法进行绝缘子形变测量。

上述绝缘子形变测量方法，通过获取对置于绝缘子芯棒内部的传感光纤采集得到的散射光信号，并对该散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据，并将得到的数据代入绝缘子形变计算公式，就可以计算得出绝缘子形变。这样，无需任何有源器件暴露于恶劣环境中，只需在绝缘子芯棒内部植入传感光纤，便可以完成绝缘子形变的测量，不易受到外部干扰的影响，可靠性高。

附图说明

图1为一个实施例中绝缘子形变测量方法的流程示意图；

图2为另一个实施例中绝缘子形变测量方法的流程示意图；

图3为一个实施例中分析绝缘子芯棒的应变与传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到绝缘子芯棒的应变的表达式的流程示意图；

图4为一个实施例中形变前绝缘子芯棒的微元的示意图；

图5为一个实施例中形变后绝缘子芯棒的微元的示意图；

图6为一个实施例中绝缘子形变测量装置的结构框图；

图7为另一个实施例中绝缘子形变测量装置的结构框图；

图8为一个实施例中绝缘子形变测量系统示意图；

图9为一个实施例中包含绝缘子形变测量系统的电网示意图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。

可以理解，本申请所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。

需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有光信号或数据的传递，则应理解为“光电连接”、“光学连接”等。

在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

如上文所述，电网线路垂悬绝缘子串在强风天气下将发生形变，当该形变达到临界值时，将会导致芯棒内部产生裂纹甚至发生断裂，严重影响电力电网的安全运行。因此，绝缘子形变的测量数据，可以用来辅助评估电力电网的运行情况。

在一个实施例中，请参考图1，提供了一种绝缘子形变测量方法，包括步骤S100、S200和S700。

步骤S100：获取对传感光纤采集得到的散射光信号。

其中，绝缘子包括复合绝缘子。传感光纤置于绝缘子芯棒内，那么，当绝缘子芯棒产生形变时，传感光纤也会随之弯折。而传感光纤的弯折会导致该传感光纤中的散射光信号的变化。也就是说，传感光纤中的散射光信号的变化情况，可以用来表征绝缘子芯棒的形变。其中，散射光信号包括瑞利散射光信号。具体的，光探测器采集到的传感光纤的散射光信号后，将光信号转化成电信号，再由主控制器获取已经转化成电信号的散射光信号。主控制器获取散射光信号的方式，可以是主动提取，也可以是被动接收，总之，本实施例对主控制器获取散射光信号的具体方式不作限定。

步骤S200：对散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据。

具体的，对散射光信号进行分析处理后，可以得到该信号的在频域上的分布图，根据该分布图就可以得到入射光频率数据和散射光频率数据。

步骤S700：将入射光频率数据和散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变。

其中，绝缘子形变计算公式根据绝缘子芯棒的微元应变推导得出，表征入射光频率、散射光频率和绝缘子形变的对应关系。将将入射光频率数据和散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，便可以计算得到绝缘子形变。

上述绝缘子形变测量方法，通过获取对置于绝缘子芯棒内部的传感光纤采集得到的散射光信号，并对该散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据，并将得到的数据代入绝缘子形变计算公式，就可以计算得出绝缘子形变。这样，无需任何有源器件暴露于恶劣环境中，只需在绝缘子芯棒内部植入传感光纤，便可以完成绝缘子形变的测量，不易受到外部干扰的影响，可靠性高。此外，通过对传感光纤散射光信号的分析，可以得到绝缘子的应变分布情况，得到绝缘子形变的定量数据，有利于提高绝缘子形变测量的准确性。

在一个实施例中，请参考图2，S700之前，该方法还包括步骤S400至步骤S600。

步骤S400：分析绝缘子芯棒的应变与传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到绝缘子芯棒的应变的表达式。

其中，应变比例系数，应变比例系数，是指传感光纤中传输的光信号的频移比例与对应应变的比例系数。具体的，根据传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，可以得到绝缘子芯棒的应变ε的表达式。

步骤S500：将绝缘子芯棒离散成多个微元，得到微元的应变表达式。

将绝缘子芯棒视为刚体杆结构，当绝缘子发生纯弯曲时，采用集合迭代递推将弯曲的芯棒进行离散，微分为多个微元，根据刚体杆纯弯曲的应变理论，可以得到微元的应变表达式。

步骤S600：根据绝缘子芯棒的应变表达式和微元的应变表达式，分析微元应变与绝缘子形变的关系，得到绝缘子形变的计算公式。

光纤纤芯直径通常为微米量级，远小于绝缘子芯棒的直径，可以理解，当传感光纤置于芯棒内时，传感光纤所在位置芯棒微元的应变，可以等效为此处芯棒的应变。再根据芯棒微元应变与芯棒弯曲半径的关系，即可得到绝缘子形变的计算公式。

上述实施例中，通过构建绝缘子芯棒的应力和应变的表达式，并根据应力应变关系，得到绝缘子形变的计算公式，有利于提高绝缘子形变计算的准确性。

在一个实施例中，请继续参考图2，步骤S400之前，还包括步骤S300。

步骤S300：根据传感光纤的散射光频率以及纤芯有效折射率和弹光系数，计算传感光纤的应变比例系数。可以理解，步骤S300至步骤S600可以是在步骤S100之前，可以是在步骤S200之后，也可以是与步骤S100和步骤S200同时进行。

应变比例系数，是指传感光纤中传输的光信号的频移比例与对应应变的比例系数。具体的，对于均匀稳定的光学介质，在不受任何外力作用时，其光学性质是稳定的。对该介质施加一个外力作用，介质在外力作用下就会发生形变，当该形变在弹性限度范围以内时，介质中会产生弹性应力和弹性应变，与之相应，介质的光学性质也会随之发生改变，这就是弹光效应。根据弹光效应，传感光纤发生应变时，传输的光信号的散射光频率将发生变化。根据传感光纤的散射光频率，可以得到传感光纤的应变比例系数的表达为：

式中K_ε为光纤应变比例系数，

为纤芯有效折射率，ρ₁₁和ρ₁₂为光纤弹光系数，v为散射光频率。

上述实施例中，根据传感光纤的散射光频率以及纤芯有效折射率和弹光系数，计算传感光纤的应变比例系数，计算得到应变比例系数，可以减小应变比例系数的误差，进而提高绝缘子形变测量结果的准确性。

在一个实施例中，请参考图3，步骤S400包括步骤S410和步骤S420。

步骤S410：根据传感光纤的入射光频率和散射光频率，计算得到传感光纤的散射光频移量。

传感光纤的频移量即为散射光频率和入射光频率的差值。

步骤S420：根据传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到绝缘子芯棒的应变的表达式。

具体的，激光光源的中心波长可以根据激光光源的参数确定。根据传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到绝缘子芯棒的应变的表达式为：

其中，λ为激光光源的中心波长，为频移量，c为光在空气中的传播速度，K_ε为传感光纤的应变比例系数。

上述是实施例中，根据传感光纤的入射光频率和散射光频率，计算得到传感光纤的散射光频移量；再根据传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到绝缘子芯棒的应变的表达式，可以提高绝缘子芯棒应变表达式的准确性，进而提高绝缘子形变测量结果的准确性。

在一个实施例中，绝缘子芯棒为圆柱体，采用几何迭代递推将弯曲的芯棒进行离散，微分为多个微元dx，如图4所示。如图5所示，假设芯棒微元dx在弯曲形变后直径d不变，则形变后绝缘子芯棒的微元dx可等效为一段圆弧，圆心角为θ，微元的弯曲半径为ρ，则微元应变ε的表达式为：

式(3)中，d为绝缘子芯棒的直径，ρ为微元的弯曲半径。

进一步的，如上文所述，分析绝缘子芯棒的应变与传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到绝缘子芯棒的应变的表达式如式(2)所示。

用绝缘子芯棒的曲率k表征绝缘子的形变，可知该曲率k为弯曲半径ρ的倒数，即绝缘子芯棒形变的表达式为：

将上述式(2)代入式(4)，即可得到一个实施例中绝缘子形变的计算公式，该公式为：

上述实施例中，以绝缘子芯棒为圆柱体的情况为例，通过分析得出了绝缘子形变的计算公式，在进行绝缘子形变测量时，只需将采集数据代入公式即可得到绝缘子形变数据，可以提高实际使用过程中的测量速度，减小延时，有利于针对具体情况及时做出应对措施。

在一个实施例中，步骤S700之后，还包括步骤S800：输出绝缘子形变的计算结果。

可以理解，计算出的绝缘子形变的数值越大，电力电网的危险程度越高。将绝缘子形变的计算结果输出，可以是直接输出至显示器或终端进行显示，也可以是上传至服务器，再由终端进行下载后获取绝缘子形变的计算结果。总之，本实施例对绝缘子形变的计算结果的输出方式和输出对象不作限定。

上述实施例中，在计算得到绝缘子形变后，将绝缘子形变的计算结果输出，可以方便工作人员实时获取绝缘子形变的信息，便于进行后续工作安排。

在一个实施例中，步骤S700之后，还包括步骤S900：当绝缘子形变超过预设参考值时，输出预警信息。

具体的，可以预先设置绝缘子形变的参考值，该参考值可以是一个也可以是多个。参考值为一个时，当计算出的绝缘子形变超过该参考值时，则说明此时电力电网处于危险状态，此时，由主控制器输出预警信息。主控制器可以将预警信息发送至信号灯和/或蜂鸣器，由信号灯和/或蜂鸣器产生预警信号进行报警。预警信号，可以是声音、光线或者声光结合。主控制器还可以将预警信息发送至显示器，由显示器进行预警信息的显示。主控制器可以将预警信息发送至终端，该终端可以是手机、平板等移动终端，也可以是上位机。当参考值为多个时，可以将多个参考值两两组合构成多个参考区间，主控制器再根据计算结果所处区间的不同输出不同的预警信号。例如当绝缘子形变的计算结果大于最大的参考值时，输出紧急的预警信号；当绝缘子形变的计算结果在最小参考值和次小参考值之间时，输出持续关注的预警信号。总之，本实施例对主控制器输出预警信息的方式和预警信息的具体内容不作限制。

上述实施例中，在计算得到绝缘子形变后，当绝缘子形变超过预设参考值时，输出预警信息，便于工作人员根据预警信息进行处理，有利于提前部署应对措施，降低事故影响。

在一个实施例中，一种绝缘子形变测量方法，应用于复合绝缘子形变的测量，该方法的具体过程如下：

根据传感光纤的散射光频率，可以得到传感光纤的应变比例系数的表达为：

式中K_ε为光纤应变比例系数，

为纤芯有效折射率，ρ₁₁和ρ₁₂为光纤弹光系数，v为散射光频率。

根据复合绝缘子中传感光纤的散射光频率v和频移量Δv与复合绝缘子芯棒应变ε的关系，得到复合绝缘子芯棒应变的表达式为：

式中，λ为激光光源的中心波长，Δv为频移量，即入射光频率和散射光频率的差值，c为光在空气中的传播速度。

复合绝缘子为刚性杆结构，在强风中会发生弯曲。采用几何迭代递推将弯曲的芯棒进行离散，微分为多个微元dx，假设芯棒微元dx在弯曲形变后直径d不变，则微元dx可等效为一段圆弧，圆心角为θ，微元的弯曲半径为ρ，则微元应变ε的表达式为：

式(3)中，d为绝缘子芯棒的直径，ρ为微元的弯曲半径。

用绝缘子芯棒的曲率k表征绝缘子的形变，可知该曲率k为弯曲半径ρ的倒数，即绝缘子芯棒形变的表达式为：

将上述式(2)代入式(4)，即可得到一个实施例中绝缘子形变的计算公式，该公式为：

获取对传感光纤采集得到的散射光信号后，对散射光信号进行分析处理，得到复合绝缘子的入射光频率数据和散射光频率数据，并根据入射光频率数据和散射光频率数据得到频移量数据，将散射光频率数据和频移量数据代入式(5)，即可得到复合绝缘子的形变数据。

应该理解的是，虽然上述实施例涉及的各流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，上述实施例涉及的各流程图中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，请参考图6，提供了一种绝缘子形变测量装置，包括信号获取模块100、信号分析模块200和形变计算模块600。其中，信号获取模块100，用于获取对传感光纤采集得到的散射光信号；信号分析模块200，用于对散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据；形变计算模块600，用于将入射光频率数据和散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变。

在一个实施例中，请参考图7，提供了另一种绝缘子形变测量装置，还包括应变表达式构建模块400和形变公式构建模块500。其中，应变表达式构建模块400，用于分析所绝缘子芯棒的应变与传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到绝缘子芯棒的应变的表达式；还用于将绝缘子芯棒离散成多个微元，得到微元的应变表达式；形变公式构建模块500，用于根据绝缘子芯棒的应变表达式和微元的应变表达式，分析微元应变与绝缘子形变的关系，得到绝缘子形变的计算公式。

在一个实施例中，请继续参考图7，绝缘子形变测量装置还包括应变比例系数计算模块300，用于：根据传感光纤的散射光频率以及纤芯有效折射率和弹光系数，计算传感光纤的应变比例系数。

在一个实施例中，应变表达式构建模块400具体用于：根据传感光纤的入射光频率和散射光频率，计算得到传感光纤的散射光频移量；根据传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到绝缘子芯棒的应变的表达式。

在一个实施例中，请继续参考图7，绝缘子形变测量装置还包括结果输出模块700，用于输出绝缘子形变的计算结果。

在一个实施例中，请继续参考图7，结果输出模块700，还用于当绝缘子形变超过预设参考值时，输出预警信息。

关于绝缘子形变测量装置的具体限定可以参见上文中对于绝缘子形变测量方法的限定，在此不再赘述。上述绝缘子形变测量装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，请参考图8，提供了一种绝缘子形变测量系统，包括激光光源10、耦合器20、传感光纤30、光探测器40、主控制器50。其中，激光光源通过耦合器连接传感光纤，用于提供测量光信号；传感光纤置于绝缘子芯棒内，光探测器通过耦合器连接传感光纤，用于采集传感光纤的散射光信号；主控制器连接光探测器，用于根据上述任意一项实施例所述的方法进行绝缘子形变测量。

具体的，激光光源包括可调谐光源，由激光光源出射的测量光信号通过耦合器后到达传感光纤，经过传感光纤的传输后，到达绝缘子芯棒。传感光纤末端发生散射，散射光沿传感光纤传输经过耦合器到达光探测器。光探测器采集传感光纤的散射光信号后，将信号转化成电信号，并发送至主控制器，主控制器对该信号进行处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据。将该入射光频率数据和散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，即可计算得到绝缘子形变。进一步的，可以在激光光源与耦合器之间增加隔离器，以避免散射光对激光器造成损伤。

进一步的，请参考图9，提供了一种包含绝缘子形变测量系统的电网，其中，绝缘子包括复合绝缘子，激光光源包括线性扫描光源，光探测器包括光电探测器。传感光纤为单模光纤，具体包括第一传感光纤和第二传感光纤，其中第一传感光纤内置于测量主站中的参考绝缘子芯棒，构成参考臂，通过反射计散射后形成参考散射光，由于参考绝缘子芯棒置于测量主站，因此参考散射光的频率等同于入射光频率；第二传感光纤内置于电网系统中待测量的绝缘子芯棒中，构成测量臂，散射后形成测量散射光，测量散射光的频率即为散射光频率。此时，光探测器探测到的散射光信号，即为参考散射光与测量散射光的干涉光信号。对该干涉信号进行处理，即可得到入射光频率数据和散射光频率数据。将该入射光频率数据和散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，即可计算得到绝缘子形变。

上述绝缘子形变测量系统，无需任何有源器件暴露于恶劣环境中，只需在绝缘子芯棒内部植入传感光纤，便可以完成绝缘子形变的测量，不易受到外部干扰的影响，可靠性高。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上该实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种绝缘子形变测量方法，所述方法包括：

获取对传感光纤采集得到的散射光信号；所述传感光纤置于绝缘子芯棒内；

对所述散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据；

根据所述传感光纤的散射光频率以及纤芯有效折射率和弹光系数，计算所述传感光纤的应变比例系数；所述应变比例系数是指所述传感光纤中传输的光信号的频移比例、与光信号传输过程中所述传感光纤的应变的比例系数；

分析所述绝缘子芯棒的应变与所述传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到所述绝缘子芯棒的应变表达式；

将所述绝缘子芯棒离散成多个微元，得到所述微元的应变表达式；

根据所述绝缘子芯棒的应变表达式和所述微元的应变表达式，分析微元应变与绝缘子形变的关系，得到所述绝缘子形变的计算公式；所述绝缘子形变为所述绝缘子芯棒的形变；

将所述入射光频率数据和所述散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变；所述绝缘子形变计算公式根据所述绝缘子芯棒的微元应变推导得出，表征入射光频率、散射光频率和绝缘子形变的对应关系；

所述应变比例系数的表达为：

式中K_ε为应变比例系数，

为纤芯有效折射率，ρ₁₁和ρ₁₂为光纤弹光系数，v为散射光频率。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分析所述绝缘子芯棒的应变与所述传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到所述绝缘子芯棒的应变的表达式，包括：

根据所述传感光纤的入射光频率和散射光频率，计算得到所述传感光纤的散射光频移量；

根据所述传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到所述绝缘子芯棒的应变的表达式。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述绝缘子芯棒为圆柱体，所述将所述绝缘子芯棒离散成多个微元，得到所述微元的应变表达式为：

式中，d为所述绝缘子芯棒的直径，ρ为所述微元的弯曲半径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述绝缘子形变的计算公式为：

式中，λ为激光光源的中心波长，Δv为所述入射光频率和所述散射光频率的差值，c为光在空气中的传播速度，K_ε为所述传感光纤的应变比例系数。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述计算得到绝缘子形变之后，还包括：

输出所述绝缘子形变的计算结果。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的方法，其特征在于，所述计算得到绝缘子形变之后，包括：

当所述绝缘子形变超过预设参考值时，输出预警信息。

7.一种绝缘子形变测量装置，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取对传感光纤采集得到的散射光信号；

信号分析模块，用于对所述散射光信号进行分析处理，得到入射光频率数据和散射光频率数据；

应变比例系数计算模块，用于根据所述传感光纤的散射光频率以及纤芯有效折射率和弹光系数，计算所述传感光纤的应变比例系数；所述应变比例系数是指所述传感光纤中传输的光信号的频移比例、与光信号传输过程中所述传感光纤的应变的比例系数；所述应变比例系数的表达为：

式中K_ε为应变比例系数，

为纤芯有效折射率，ρ₁₁和ρ₁₂为光纤弹光系数，v为散射光频率；

应变表达式构建模块，用于分析所述绝缘子芯棒的应变与所述传感光纤的入射光频率、散射光频率以及应变比例系数的关系，得到所述绝缘子芯棒的应变表达式；还用于将所述绝缘子芯棒离散成多个微元，得到所述微元的应变表达式；

形变公式构建模块，用于根据所述绝缘子芯棒的应变表达式和所述微元的应变表达式，分析微元应变与绝缘子形变的关系，得到所述绝缘子形变的计算公式；所述绝缘子形变为所述绝缘子芯棒的形变；

形变计算模块，用于将所述入射光频率数据和所述散射光频率数据代入绝缘子形变计算公式，计算得到绝缘子形变。

8.根据权利要求7所述的绝缘子形变测量装置，其特征在于，所述应变表达式构建模块具体用于：根据所述传感光纤的入射光频率和散射光频率，计算得到所述传感光纤的散射光频移量；根据所述传感光纤的散射光频移量、应变比例系数以及激光光源的中心波长，得到所述绝缘子芯棒的应变的表达式。

9.根据权利要求7或8所述的绝缘子形变测量装置，其特征在于，还包括结果输出模块，用于输出所述绝缘子形变的计算结果。

10.一种绝缘子形变测量系统，其特征在于，包括激光光源、传感光纤、耦合器、光探测器、主控制器；

所述激光光源通过所述耦合器连接所述传感光纤，用于提供测量光信号；所述传感光纤置于绝缘子芯棒内，所述光探测器通过所述耦合器连接所述传感光纤，用于采集所述传感光纤的散射光信号；所述主控制器连接所述光探测器，用于根据权利要求1至6任意一项所述的方法进行绝缘子形变测量。

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