專利名稱：輸電導線光纖光柵應力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種輸電導線應力傳感器，特別是一種輸電架空線路光纖光柵應力傳感器，是一種對輸電架空線路在線應力監(jiān)測的傳感器。
背景技術(shù)：
架空輸電線路受覆冰，暴雪等自擾災害的影響，容易造成線路斷線、桿塔倒塌、絕緣子閃絡(luò)等事故，給社會造成了巨大的經(jīng)濟損失。對架空輸電線路進行應力在線監(jiān)測，一直是縱多設(shè)計研究院所為難的問題。目前的在線監(jiān)測設(shè)備在架空線路上很難自取電，并且監(jiān)測設(shè)備傳輸能力差，只能傳輸十公里，無法滿足架空輸電線路的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述不足之處，提供一種輸電導線光纖光柵應力傳感器，采用光纖光柵原理對輸電線路進行應力和覆冰等的監(jiān)測，通過光纖光柵應力傳感器中光柵反射波長的變化得出線路中應力的變化，并可對故障區(qū)域進行準備定位并發(fā)出報警，在第一時間通知運行部門，真正達到事前預警的效果，解決傳統(tǒng)傳感器難取電、傳輸距離短等缺點。輸電導線光纖光柵應力傳感器是米取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的輸電導線光纖光柵應力傳感器包括光纖光柵、形變體、引出光纜和光纜引出端口，形變體的兩端為扁形長方體，在扁形長方體上均開有金具安裝孔；形變體的中間部分為圓柱體，在形變體的上部設(shè)有光纜引出端口，在形變體的中心線位置開有U型槽；光纖光柵平行粘附在U型槽中，光纖光柵的一端粘附在形變體上，另一端從光纜引出端口通過引出光纜引出，用于連接光纖光柵分析設(shè)備。當形變體發(fā)生彈性形變時，光纖光柵隨之一起發(fā)生彈性形變。這樣光纖光柵波長值便可以通過光纜直接傳輸至中繼站或接受站中的光纖光柵分析儀，光纖光柵分析儀直接顯示出架空線路實時的應力值。所述的形變體采用不銹鋼材質(zhì)或者合金材質(zhì)。所述金具安裝孔的直徑為20 40mm，便于傳感器連接線路金具。所述的U型槽寬O. 5謹,深O. 5謹。所述光纖光柵采用膠粘劑粘附在U型槽中。所述粘膠劑可以采用航空膠，將光纖傳感器件直接固定于金屬構(gòu)件表面最常規(guī)的方式是采用有機類粘接劑進行粘貼，使有機類粘接劑起到對光纖傳感器件進行固定與應力傳遞的雙重作用。但經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，由于有機類粘接劑的材料特性與金屬材料、光纖器件有極大差異，故難以保證金屬/環(huán)氧/ 二氧化硅之間精確、有效的應力傳遞，且粘接劑本身的蠕變、老化特性還會降低測量穩(wěn)定性與長期可靠性。同時，有機粘接劑的現(xiàn)場操作技術(shù)要求極高，很難保證粘接膠涂覆厚度沿器件的均勻性，容易產(chǎn)生測量結(jié)果與金屬構(gòu)件實際應變不一致的現(xiàn)象；且在現(xiàn)場直接操作過程中稍有不慎，就會造成光纖傳感器件的破壞，因此有機類粘接劑難以直接應用在應變監(jiān)測要求較高的領(lǐng)域。為了克服有機膠的缺點，必須通過建立金屬構(gòu)件、粘接層、光纖傳感器件的應力傳遞沒模型，深入分析粘接層材料特性對光纖傳感器件應力傳感性能的影響，從而實現(xiàn)對粘接層材料的優(yōu)選及對應力傳遞方式的改進。通過試驗我們知道當選用金屬作為粘接層時，應變傳遞效率相對于膠類粘接劑來說有著明顯的優(yōu)勢。當鉛作為傳遞層時，應變傳遞效率高達O. 9828，相比常用環(huán)氧樹脂粘接劑應變傳遞效率O. 88提高了 11%。通過試驗我們還知道金屬封裝光纖光柵應變傳感器較聚合物封裝具有高的應變和溫度靈敏度。在鋼結(jié)構(gòu)上采用焊接工藝安裝金屬封裝光纖光柵應變傳感器可獲得較高的疲勞可靠性。所述光纖光柵是光纖纖芯折射率受到永久性周期性的微擾而形成的一種光纖無源器件，光纖沿徑向從里向外依次為纖芯、包層和涂覆層，利用的紫外光照射工藝，對光纖纖芯進行照射，改變光纖中鍺元素的分布，使得光纖纖芯的一段區(qū)域折射率發(fā)生周期性變化，從而制成光纖光柵。工作原理本發(fā)明輸電導線光纖光柵應力傳感器使用時，用引出光纜一端連接光纖光柵，另一端連接線路光纖，通過線路光纖將光纖光柵波長值傳輸至中繼站或機房的光·纖光柵分析儀。光纖光柵分析儀是專業(yè)的光纖光柵波長接受設(shè)備，能自動讀出光纖光柵的波長值，通過設(shè)計好的計算軟件，自動顯示輸電架空線路光纖光柵應力傳感器的應力值。本發(fā)明輸電導線光纖光柵應力傳感器的優(yōu)點包括
I、本發(fā)明為無源器件，無需供電，有效的避免了在線取電難的問題。2、輸電架空線路光纖光柵應力傳感器的數(shù)值傳輸距離可達到50Km，兩端同時測量，可達百公里以上，完全滿足長距離架空線路的使用。通過對光纖光柵的封裝和外形設(shè)計，更有利于輸電架空線路的連接。


以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步說明
圖I是本發(fā)明輸電導線光纖光柵應力傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是光纖光柵波長變化與溫度及應力變化關(guān)系圖。圖中1、金具安裝孔，2、光纖光柵，3、光柵點，4、U型槽，5、引出光纜，6、膠粘劑，7、
形變體，8、光纜引出端口。
具體實施例方式參照附圖I，本發(fā)明輸電導線光纖光柵應力傳感器包括光纖光柵2、形變體7、引出光纜5和光纜引出端口 8，形變體7的兩端為扁形長方體，在扁形長方體上均開有金具安裝孔I ;形變體7的中間部分為圓柱體，在形變體7的上部設(shè)有光纜引出端口 8，在形變體7的中心線位置開有U型槽4 ;光纖光柵2平行粘附在U型槽4中,光纖光柵2的一端粘附在形變體7上，另一端從光纜引出端口 8通過引出光纜5引出，用于連接光纖光柵2分析設(shè)備。當形變體7發(fā)生彈性形變時，光纖光柵2隨之一起發(fā)生彈性形變。這樣光纖光柵2波長值便可以通過光纜直接傳輸至中繼站或接受站中的光纖光柵分析儀，光纖光柵分析儀直接顯示出架空線路實時的應力值。所述的形變體7采用不銹鋼材質(zhì)或者合金材質(zhì)。所述金具安裝孔I的直徑為20 40mm，便于傳感器連接線路金具。
所述的U型槽4寬O. 5mm,深O. 5mm。所述光纖光柵2采用膠粘劑6粘附在U型槽4中。所述粘膠劑6可以采用航空膠。參照附圖2，光纖光柵能將入射光中某一特定波長的光部分或全部反射。當一束寬光譜光λ經(jīng)過光纖光柵時，被光柵反射回一單色光
Ab，相當于一個窄帶的反射鏡。反射光的中心波長Is與光柵的折射率變化周期Λ和纖芯有效折射率n.e//有關(guān)。當光纖光柵周圍的溫度或應力發(fā)生變化時，將導致光柵周期Λ和有效
纖芯折射率 產(chǎn)生變化，從而產(chǎn)生光柵信號的波長漂移ΔλΕ,通過監(jiān)測波長的變化情
neffAb
況，即可獲得測點上光纖光柵周圍溫度或應力的變化狀況，波長與應力和溫度的對應關(guān)系如公式(I)。= + AT+ (I-Pe) X Δε ( )
蟲S
光柵在不受應變的情況下，光纖光柵波長漂移M8與溫度的關(guān)系如公式(2)
= { + ξ) X ΔΤ(2)
其中α表不光纖的熱膨脹系數(shù)，一般為O. 55 X 10-6/°C ；
I表不光纖光柵的熱光系數(shù)，常溫下約6. 3 X 10-6/°C ；
AT表示溫度變化；Δ 表示應力變化。所以，光纖光柵波長的變化與環(huán)境溫度及應力的變化呈線性變化關(guān)系(如圖I)，分別為10pm/°C，lpm/ με ,通過檢測光纖光柵波長，就可以測得環(huán)境溫度或應力情況。本發(fā)明輸電導線光纖光柵應力傳感器使用時，用引出光纜5 —端連接光纖光柵2，另一端連接線路光纖，通過線路光纖將光纖光柵2波長值傳輸至中繼站或機房的光纖光柵分析儀。光纖光柵分析儀是專業(yè)的光纖光柵波長接受設(shè)備，能自動讀出光纖光柵的波長值，通過設(shè)計好的計算軟件，自動顯示輸電架空線路光纖光柵應力傳感器的應力值。
權(quán)利要求
1.一種輸電導線光纖光柵應力傳感器，其特征在于包括光纖光柵、形變體、引出光纜和光纜引出端口，形變體的兩端為扁形長方體，在扁形長方體上均開有金具安裝孔；形變體的中間部分為圓柱體，在形變體的上部設(shè)有光纜引出端口，在形變體的中心線位置開有U型槽；光纖光柵平行粘附在U型槽中，光纖光柵的一端粘附在形變體上，另一端從光纜引出端口通過引出光纜引出，用于連接光纖光柵分析設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電導線光纖光柵應力傳感器，其特征在于所述的形變體采用不銹鋼材質(zhì)或者合金材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電導線光纖光柵應力傳感器，其特征在于所述金具安裝孔的直徑為20 40mm，便于傳感器連接線路金具。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電導線光纖光柵應力傳感器，其特征在于所述的U型槽寬O. 5臟，深O. 5臟。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的輸電導線光纖光柵應力傳感器，其特征在于所述光纖光柵采用膠粘劑粘附在U型槽中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的輸電導線光纖光柵應力傳感器，其特征在于所述粘膠劑采用航空膠。
全文摘要
本發(fā)明涉及的是一種輸電導線應力傳感器，特別是一種輸電架空線路光纖光柵應力傳感器，是一種對輸電架空線路在線應力監(jiān)測的傳感器。包括光纖光柵、形變體、引出光纜和光纜引出端口，形變體的兩端為扁形長方體，在扁形長方體上均開有金具安裝孔；形變體的中間部分為圓柱體，在形變體的上部設(shè)有光纜引出端口，在形變體的中心線位置開有U型槽；光纖光柵平行粘附在U型槽中，光纖光柵的一端粘附在形變體上，另一端從光纜引出端口通過引出光纜引出，用于連接光纖光柵分析設(shè)備。本發(fā)明為無源器件，無需供電，有效的避免了在線取電難的問題，完全滿足長距離架空線路的使用。通過對光纖光柵的封裝和外形設(shè)計，更有利于輸電架空線路的連接。
文檔編號G01L1/24GK102944341SQ20121045603
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月14日
發(fā)明者栗鳴, 徐擁軍, 繆春燕, 何倉平, 蔡飛飛 申請人:中天日立光纜有限公司