CN202853578U - 一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量装置 - Google Patents
一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型提供了一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量装置，属光电子测量技术领域。光纤Bragg光栅应变传感器采用焊接方式固定在塔身主材上，并通过输出光纤与信号处理装置连接，本实用新型将光纤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。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量装置，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。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量装置，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。
本实用新型采用的技术方案：光纤Bragg光栅应变传感器1采用焊接方式固定在塔身主材2上，并通过输出光纤3与信号处理装置4连接。
所述的光纤Bragg光栅传感器1、塔身主材2，输出光纤3与信号处理装置4均为市售的普通元件。
本实用新型的有益效果是：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为本实用新型结构示意图；
图2为塔身主材的受力分析图。
图中：1-光纤Bragg光栅应变传感器、2-塔身主材、3-输出光纤、4-信号处理装置。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明，以方便技术人员理解。
如图1所示：光纤Bragg光栅应变传感器1采用焊接方式固定在塔身主材2上，并通过输出光纤3与信号处理装置4连接。
一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术的测量方法，首先把光纤Bragg光栅应变传感器1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1的光纤Bragg光栅发生波长移位，光纤Bragg光栅应变传感器1通过输出光纤3，经过信号处理装置4的处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值，利用公式
本实用新型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
式中，
为垂直方向的力，为水平方向上的拉力，
为塔身主材的高度，
为塔身主宽度。
根据胡克定律：
（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
（3）
式中，
为轴力；A为塔身主材截面面积。
将（3）式代入（2）式得
光纤光栅均匀轴向应变引起的波长移位为：
式中，
为光纤Bragg光栅的波长移位；
为中心波长；
为有效弹光系数；为轴向应变。
将（4）式代入（5）式得
将（1）式代入（6）式，替换变量
，由此可得光纤Bragg光栅波长移位
与横担主材受力关系如下：
将式（7）改写为矩阵形式：
（8）
根据线性代数的最小二乘法：
式中，
，
，
则X可表示为：
（10）
可得：
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
mm2；四根光纤Bragg光栅的技术参数分别为：中心波长
=1547.000 nm，
=1550.000 nm，
=1553.000 nm，=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：
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。
本实用新型通过具体实施过程进行说明的，在不脱离本实用新型范围的情况下，还可以对本实用新型专利进行各种变换及等同代替，因此，本实用新型专利不局限于所公开的具体实施过程，而应当包括落入本实用新型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光栅测量装置，其特征在于：光纤Bragg光栅应变传感器采用焊接方式固定在塔身主材上，并通过输出光纤与信号处理装置连接。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
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2012
- 2012-07-23 CN CN201220357077.0U patent/CN202853578U/zh not_active Expired - Fee Related
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