CN113514001A - 铁塔应变监测杆件 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铁塔应变监测杆件，铁塔应变监测杆件中，至少两个中空杆体固定连接待测铁塔杆件，中空杆体的轴线方向平行于待测铁塔杆件的轴线方向，中空杆体之间可拆卸连接，多个光纤光栅经由中空杆体内的T形固定件固定于中空杆体中，光纤光栅具有不同的中心波长，多个光纤光栅沿空杆体的轴线方向均匀分布，当待测铁塔杆件受拉力或者压力时，光纤光栅拉伸或者收缩，尾纤连接多个光纤光栅，尾纤连接解调仪以耦合光源和探测器，探测器测量光纤光栅波长的漂移以生成待测铁塔杆件的应变分布。
Description
技术领域
本发明涉及电力输电监测技术领域，尤其涉及一种铁塔应变监测杆件。
背景技术
铁塔是电力输电系统中重要的组成部分，是高负荷电能输送的载体，也是重要的生命线工程。各种自然灾害容易造成铁塔出现压坏、拉坏、扭坏、倒塔等现象。而铁塔在灾难载荷的作用下一旦遭到破坏，不仅会造成巨大的经济损失，还会引起火灾等次级灾害，对于应急恢复也会产生极大的困难。因此，对铁塔的健康状态进行监测具有重要意义。
铁塔关键杆件的受力情况可以实时反映铁塔的运行状况。因此利用先进传感技术对铁塔关键杆件进行在线监测，可有效把握铁塔整体健康状态，实现状态检修和事故预防的双重目的，具有明显的工程效益、经济和社会效益。
在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
发明内容
本发明的目的是提供一种铁塔应变监测杆件，抗电磁干扰、不带电的全光探头、可以用于多个铁塔杆件的应力测量。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明的一种铁塔应变监测杆件包括，
至少两个中空杆体，其固定连接待测铁塔杆件，所述中空杆体的轴线方向平行于所述待测铁塔杆件的轴线方向，所述中空杆体之间可拆卸连接，
多个光纤光栅，其经由中空杆体内的T形固定件固定于中空杆体中，所述光纤光栅具有不同的中心波长，所述多个光纤光栅沿空杆体的轴线方向均匀分布，当所述待测铁塔杆件受拉力或者压力时，所述光纤光栅拉伸或者收缩，
尾纤，其连接所述多个光纤光栅，所述尾纤连接解调仪以耦合光源和探测器，所述探测器测量所述光纤光栅波长的漂移以生成待测铁塔杆件的应变分布。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述中空杆体焊接、铆接或经由抱箍固定于所述待测铁塔杆件。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述中空杆体的横截面为圆柱形、方形或者半圆形。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述尾纤为所述多个光纤光栅的尾纤熔接形成。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述尾纤经由熔接机熔接。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述尾纤延伸出所述中空杆体。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述尾纤一端延伸出所述中空杆体以连接光源和探测器。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述中空杆体之间螺纹连接。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，两端的中空杆件的头尾处分别设有连接所述待测杆件的连接部。
所述的一种铁塔应变监测杆件中，所述联接部包括防水接头。
在上述技术方案中，本发明提供的一种铁塔应变监测杆件，具有以下有益效果：其实时监测铁塔杆件的受力情况，抗电磁干扰，且安装方便，能够得到精确的应变分布以进行准分布式测量，并且具有便携、可拆装、可以进行多个杆件的应力测量等优点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是铁塔应变监测杆件的结构示意图；
图2是铁塔应变监测杆件一个实施例的俯视示意图；
图3是铁塔应变监测杆件一个实施例的俯视示意图；
图4是铁塔应变监测杆件一个实施例的俯视示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图1至图4，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
在一个实施例中，如图1至图4所示，铁塔应变监测杆件包括，
至少两个中空杆体1，其固定连接待测铁塔杆件，所述中空杆体1的轴线方向平行于所述待测铁塔杆件的轴线方向，所述中空杆体1之间可拆卸连接，
多个光纤光栅2，其经由中空杆体内的T形固定件固定于中空杆体1中，所述光纤光栅2具有不同的中心波长，所述多个光纤光栅沿空杆体的轴线方向均匀分布，当所述待测铁塔杆件受拉力或者压力时，所述光纤光栅拉伸或者收缩，
尾纤3，其连接所述多个光纤光栅2，所述尾纤3连接解调仪以耦合光源和探测器，所述探测器测量所述光纤光栅波长的漂移以生成待测铁塔杆件的应变分布。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，当应力作用于光纤光栅时，光纤光栅会被机械性的拉长产生形变使光栅周期产生改变，同时应变作用下的弹光效应也会使纤芯的有效折射率产生改变。在硅纤介质中有效弹光系数约为0.22。FBG反射波中心波长漂移量与应变的关系为：
因FBG的应变量ε很小，所以一般用με来表示。若用中心波长为1543nm的FBG作为实验器材，那么应变引起的中心波长的漂移量约为1.2pm/με。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述中空杆体1的轴线方向平行于所述待测铁塔杆件的轴线方向。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述中空杆体1焊接、铆接或经由抱箍固定于所述待测铁塔杆件。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述中空杆体1的横截面为圆柱形、方形或者半圆形。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述尾纤3为所述多个光纤光栅2的尾纤3熔接形成。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述尾纤3经由熔接机熔接。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述尾纤3延伸出所述中空杆体1。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述尾纤3一端延伸出所述中空杆体1以连接光源和探测器。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，所述多个光纤光栅2沿空杆体的轴线方向均匀分布。
所述的一种铁塔应变监测杆件的优选实施例中，当所述待测铁塔杆件受拉力或者压力时，所述光纤光栅2拉伸或者收缩，所述探测器测量所述光纤光栅2波长的漂移以生成待测铁塔杆件的应变分布。
在一个实施例中，铁塔应变监测杆件由圆柱形或者方形的钢管和内侧粘接的多个光纤光栅2组成。各个光纤光栅2的中心波长不一致。多个光纤光栅2尾纤3之间用熔接机熔接，留有一根尾纤3，可以和解调仪相连，进行光源和探测器的耦合。将此智能杆件铆接或者焊接到要监测的铁塔杆件上，当铁塔杆件受拉力或者压力作用时，光纤光栅2可以拉伸或者收缩，通过测量光纤光栅2波长的漂移进行铁塔杆件应力的准分布式测量。
实施例中，杆件由圆柱形、方形或者半圆形的钢管和内侧粘接的多个光纤光栅2组成。各个光纤光栅2的中心波长不一致，以实现准分布式测量。多个光纤光栅2的尾纤3之间用熔接机熔接，留有一根尾纤3，可以和解调仪相连，进行光源和探测器的耦合。将此智能杆件铆接焊接或者用抱箍抱到要监测的铁塔关键杆件上，当铁塔杆件受拉力或者压力作用时，智能杆件上的光纤光栅2能够拉伸或者收缩，通过测量光纤光栅2波长的漂移进行铁塔杆件应力的准分布式测量。
在一个实施例中，大跨越铁塔杆件上布置有脚蹬，中空杆件1可以方便的卡在两个脚蹬之间。两个脚蹬内侧之间的距离约为75cm，脚蹬的长和宽分别为5cm。本中空杆件1内部带有测量应变的光纤光栅，可以卡在两个脚蹬之间，当被测铁塔的杆件发生形变的时候，装在杆件内部的光纤光栅会伸长或者压缩，通过测量布拉格波长的变化来间接测量铁塔杆件的形变，由于脚蹬之间的距离会有偏差，设计的杆件为三段结构，中间是带有外螺纹的活接，可以通过两端杆件拧进活接的长度进行调节，使杆件卡在两个脚蹬之间。进一步，中空杆件1的两端设计有机械结构，可以卡在脚蹬上。在一个实施例，光纤光栅焊接在T形钢片中间位置上，T形钢片插入上述杆件内部，两边有焊接的方式连接。在杆件侧面打孔，将光栅的两端的光缆引出，光缆引出后接防水接头，防水接头用铁丝绑在杆件上，从光纤光栅解调仪输出的光缆可以通过防水接头和杆件里面的光栅相连。可以通过活接调节整个杆件的长度，并在杆件内部焊接又光纤光栅，整个杆件安装灵活。可以实现间接测量铁塔杆件变形。进一步地，中空杆体开有深8mm的一字槽，T形钢片插入中空杆体。光纤光栅是放在中空管体内部T形钢片上。
最后应该说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，其包括，
至少两个中空杆体，其固定连接待测铁塔杆件，所述中空杆体的轴线方向平行于所述待测铁塔杆件的轴线方向，所述中空杆体之间可拆卸连接，
多个光纤光栅，其经由中空杆体内的T形固定件固定于中空杆体中，所述光纤光栅具有不同的中心波长，所述多个光纤光栅沿空杆体的轴线方向均匀分布，当所述待测铁塔杆件受拉力或者压力时，所述光纤光栅拉伸或者收缩，
尾纤，其连接所述多个光纤光栅，所述尾纤连接解调仪以耦合光源和探测器，所述探测器测量所述光纤光栅波长的漂移以生成待测铁塔杆件的应变分布。
2.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，优选的，所述中空杆体焊接、铆接或经由抱箍固定于所述待测铁塔杆件。
3.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述中空杆体的横截面为圆柱形、方形或者半圆形。
4.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述尾纤为所述多个光纤光栅的尾纤熔接形成。
5.根据权利要求4所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述尾纤经由熔接机熔接。
6.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述尾纤延伸出所述中空杆体。
7.根据权利要求6所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述尾纤一端延伸出所述中空杆体以连接光源和探测器。
8.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述中空杆体之间螺纹连接。
9.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，两端的中空杆件的头尾处分别设有连接所述待测杆件的连接部。
10.根据权利要求1所述的一种铁塔应变监测杆件，其特征在于，所述联接部包括防水接头。
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