一種電力鐵塔塔基土壓力的光纖Bragg光柵檢測(cè)系統(tǒng)及其實(shí)現(xiàn)的數(shù)學(xué)模型的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明具體設(shè)及電力鐵塔塔基±壓力的光纖化agg光柵檢測(cè)系統(tǒng)，屬光電子測(cè)量
技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高壓輸電線路基本都采用架空線路，由于架設(shè)在空中，要承受自重、風(fēng)力、冰雪等 機(jī)械力的作用和空氣中有害氣體的侵蝕，同時(shí)還受溫度變化的影響，運(yùn)行條件惡劣。惡劣的 冰災(zāi)天氣會(huì)嚴(yán)重影響到輸電安全，如2008年初的冰災(zāi)使得導(dǎo)線壓斷、塔基倒塌，嚴(yán)重影響 了輸電線路的安全。塔基周圍挖沙石、挖±方會(huì)破壞塔基的地基，也會(huì)影響到輸電線路的安 全。塔基周圍經(jīng)常有挖沙石、玩±方的情況，一旦接近地基就有可能影響塔基的穩(wěn)定，也將 嚴(yán)重影響了輸電線路的安全。
[0003] 與本測(cè)量系統(tǒng)最接近的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一種特高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（參見文 獻(xiàn)；陳海波，"特高壓輸電線路在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用"，《電網(wǎng)技術(shù)》，2009年5月，第10期）。 該方案設(shè)及基于全球移動(dòng)通信系統(tǒng)（GSM)對(duì)運(yùn)行桿塔傾斜情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。因?yàn)?是通過對(duì)塔桿的傾斜監(jiān)測(cè)來間接判斷塔基的移位，所W該技術(shù)不能直接反映塔基的健康狀 況。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供電力鐵塔塔基±壓力的光纖化agg光柵檢測(cè)系統(tǒng)，其測(cè)量準(zhǔn) 確，更能反映塔基±壓力的復(fù)雜受力情況，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[0005] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的所采取的技術(shù)方案是：將光纖化agg光柵±壓力傳感器埋放在電 力鐵塔塔基的側(cè)面，將塔基±體的壓力轉(zhuǎn)換成光纖化agg光柵的波長移位，光纖化agg光柵 通過光纖與光纖化agg光柵解調(diào)儀連接，利用光纖化agg光柵解調(diào)儀得出光纖化agg光柵 中屯、波長的移位值。
[0006] 本發(fā)明所述的光纖化agg光柵±壓力傳感器的最佳埋放位置是在塔基的側(cè)面，該 樣可W有效獲得較準(zhǔn)確的光纖化agg光柵的波長移位值。
[0007] 本發(fā)明的數(shù)學(xué)模型如下：
[000引當(dāng)光纖化agg光柵±壓力傳感器受到非均布的偏屯、±壓力Pb, e作用時(shí)，與傳感 器表面垂直的平均法向±壓力P。由P h 9>在±壓力盒的一次膜片上的積分可得：
[0009] (1)
[0010] 式（1)中，Si為一次膜片的總面積，r為一次膜片半徑，0為偏屯、±壓力與一次膜 片的夾角。
[0011] 在傳感器受到平均壓力P。后，±壓力盒的二次膜片會(huì)受到均布?jí)毫。。此時(shí)二次
【主權(quán)項(xiàng)】
1?一種電力鐵塔塔基土壓力的光纖Bragg光柵檢測(cè)系統(tǒng)，其特征是：光纖Bragg光柵 土壓力傳感器埋放在電力鐵塔塔基的側(cè)面，將塔基土體的壓力轉(zhuǎn)換成光纖Bragg光柵的波 長移位，光纖Bragg光柵通過光纖與光纖Bragg光柵解調(diào)儀連接，利用光纖Bragg光柵解調(diào) 儀得出光纖Bragg光柵中心波長的移位值。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種電力鐵塔塔基土壓力的光纖Bragg光柵檢測(cè)系統(tǒng)，其特 征是：在電力鐵塔的2個(gè)正對(duì)著的塔基處埋放2個(gè)光纖Bragg光柵土壓力傳感器。
3. 實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1所述的一種電力鐵塔塔基土壓力的光纖Bragg光柵檢測(cè)系統(tǒng)的數(shù)學(xué) 模型，其特征在于，該數(shù)學(xué)模型為： 當(dāng)光纖Bragg光柵土壓力傳感器受到非均布的偏心土壓力Pfc, 0}作用時(shí)，與傳感器表 面垂直的平均法向土壓力仏由P0}在土壓力盒的一次膜片上的積分可得：
式（1)中，SiS-次膜片的總面積，r為一次膜片半徑，0為偏心土壓力與一次膜片的 夾角； 在傳感器受到平均壓力P。后，土壓力盒的二次膜片會(huì)受到均布?jí)毫此時(shí)二次膜片 產(chǎn)生的撓度為：
式（2)中，t2為二次膜片厚度，E2為二次膜片楊氏彈性模量，y2為二次膜片泊松比，r^ 為二次膜片半徑，x為從二次膜片中心沿半徑方向的距離； 懸臂梁上的應(yīng)變e與勻布?jí)毫(l的關(guān)系為：
光纖Bragg光柵均勻軸向應(yīng)變引起的波長移位為： A 入13=入B(l_Pe) ￡ (4) 式（4)中，AB為光纖Bragg光柵的中心波長，AA!3為波長移位量，為有效彈-光系 數(shù)，Pe= 0. 22,e為軸向應(yīng)變量，h為土壓力傳感器中等強(qiáng)度懸臂梁厚度，1為土壓力傳感 器中等強(qiáng)度懸臂梁長度，t2為二次膜片厚度； 把（3)式代入（4)式，則光纖Bragg光柵的Bragg波長移位與傳感器所受到的法向土 壓力Pci的關(guān)系為：
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【專利摘要】一種電力鐵塔塔基土壓力的光纖Bragg光柵檢測(cè)系統(tǒng)，光纖Bragg光柵土壓力傳感器埋放在電力鐵塔塔基的側(cè)面，將塔基土體的壓力轉(zhuǎn)換成光纖Bragg光柵的波長移位，光纖Bragg光柵通過光纖與光纖Bragg光柵解調(diào)儀連接，利用光纖Bragg光柵解調(diào)儀得出光纖Bragg光柵中心波長的移位值。本系統(tǒng)直接將光纖Bragg光柵土壓力傳感器埋放在電力鐵塔塔基的側(cè)面，通過把土壓力傳感器受力產(chǎn)生的撓度變化轉(zhuǎn)換成對(duì)光纖Bragg光柵的中心波長移位的測(cè)量來對(duì)塔基土壓力的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，因此本系統(tǒng)的測(cè)量更準(zhǔn)確，測(cè)到的各項(xiàng)數(shù)值更能反映塔基的健康狀況。
【IPC分類】G01L1-24
【公開號(hào)】CN104568251
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510001781
【發(fā)明人】王洪亮, 段朝磊, 梁仕斌, 王達(dá)達(dá), 李川
【申請(qǐng)人】云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月4日