1206架空输电线路覆冰监测-网络教学综合平台.ppt

A Fiber Bragg Grating Tension and Tilt Sensor Applied to Icing Monitoring on Overhead Transmission Lines应用于架空输电线路覆冰监测的光纤光栅拉力倾角传感器;研究背景;;引言;可实现在线监测的覆冰输电线路设施;;覆冰输电线路运行状态信息管理平台及预警系统;现有覆冰在线监测方法;;摘 要;覆冰在线监测系统的工作原理 监测系统构成 光纤光栅传感原理 覆冰荷载计算原理 光纤光栅拉力倾角传感器 传感器结构 拉力传感单元 倾角传感单元 温度补偿单元 实验室验证 温度对测量影响的实验 拉力传感实验 倾角传感实验 250小时户外实验 结论;1.覆冰在线监测系统工作原理;1.2 光纤光栅传感原理; 光纤布喇格光栅是一种性能优异的窄带反射滤波无源器件，其布喇格波长对温度和应变双重敏感，其关系为 （1） 式中： 为中心波长； 为光纤的热膨胀系数；ξ 为光纤的热光系数； 为光纤的有效弹光系数； 为温度变化； ε为应变变化。 ;1.3 覆冰荷载计算原理; 假设输电线路覆冰均匀，导线覆冰时，力学平衡方程为 （3） 式中： 为覆冰时的冰荷载； 为覆冰时的风荷载，它基于导线附近气象站的风速风向信息按照现有公式计算得到。综合式(2)和式(3)可得 （4） 通过监测导线悬挂点处的拉力T和倾角θ，就可以计算导线的覆冰荷载， 得 （5） ;2. 光纤光栅拉力倾角传感器;2.2 拉力传感单元; 使用有限元计算软件分别对柱式和双闭环 U 型槽式弹性体进行了应变计算，在球形头上 330°的范围加压强模拟弹性体受偏载拉力情况，光纤光栅应变片安装处的应变结果如下图所示。; 被测拉力与应变的关系为 (6) 式中，F 为拉力；A为截面面积；E 为弹性体杨氏模量；ε1和ε2分别为弹性体上、下表面的应变值。 在温度不变的情况下，光纤光栅测量应变与波长变化为正比关系，将式(1)带入式(6)，同时考虑光纤光栅应变片的应变传递系数 K，可以得到拉力变化与 FBG 波长变化的关系，即 （7） 式中：λ1、λ2分别为上、下表面粘贴的拉力传感FBG 中心波长； 与 分别为上、下表面粘贴拉力传感 FBG 布喇格波长的变化量； 为这 2 个传感器的光纤的有效弹光系数。 由于光纤光栅的中心波长都处于 1550nm 波段，λ1≈λ2，式(7)可改写为 （8） 式中， 为拉力传感系数。;2.3 倾角传感单元; 任意点的应变为 (9) 式中：L 为梁的长度；E 为等强度梁的杨氏模量；b为梁在 O 点处横截面的宽度；h 为梁的厚；P为荷载。 当基座倾斜一个角度θ 时，重物在梁表面的垂直方向上产生的Psinθ(如下图所示)。此时梁将发生弯曲，其上各点的应变为： ;2.4