倾斜光纤光栅振动传感器及其在电力监测中的应用研究

摘要

在中国沿海地区，风振对大档距架空输电系统的影响普遍存在，尤其是在台风登陆前后此问题尤为凸出。风振造成输电杆塔金具疲劳损伤，引起导线磨损甚至断线，严重威胁着输电系统的安全。为了防范和应对风振对于输电线路和杆塔造成的影响，需要发展带电运行状态下的野外快速检测手段和监测仪器。　　光纤传感器以光学信号为传输媒介，可实现对外界被测信息的实时、高灵敏度传感和长距离信号传输。此外，光纤传感器具有结构小巧、灵敏度高、抗电磁干扰、绝缘性好、响应速度快、耐腐蚀、安全以及便于多点组网等优点，为现代传感技术的发展提供了新的方向，适合应用于传统电子传感器受限的电力输电系统。本论文针对电网监测的实际需求，基于倾斜光纤光栅这一新型光纤传感器件，研制了“双包层型”和“细芯型”两类倾斜光纤光栅振动传感器及测量系统，完成了输电线路防震锤的实验测试和输电杆塔的野外在线监测。　　(1)高压输电线路防震锤性能实验测试　　设计研制了“双包层型”倾斜光纤光栅振动传感器和实时信号解调系统，完成了输电线路防震锤性能的实验测试和性能分析，实现了对于频率低于10Hz的振动信号的快速响应和高灵敏度测量，获得加速度的测量精度2×10-2m/s2，加速度的测量范围为0.2至6m/s2，满足防震锤频率响应范围和测量精度要求。　　(2)输电杆塔风致振动野外在线监测　　设计研制了“细芯型”倾斜光纤光栅振动传感器和实时信号解调系统，将整套系统应用于野外实际输电杆塔风振监测中。在保证系统的可靠性和高灵敏度的条件下，实现了系统的小型化和集成化，并通过光强解调手段取代波长解调，降低了系统解调成本。基于该系统，完成了在不同风速的条件下对杆塔低频振动的实时在线监测，实现了线性度偏差小于1.5％的加速度响应输出。通过监测输电杆塔的共振频率微小改变，可预测杆塔结构健康问题，预测安全隐患。

目录

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第一章 绪论

1.1电力安全监测背景和意义

1.2光纤传感介绍

1.3光纤振动传感器

1.4 本论文研究对象及研究意义

第二章 倾斜光纤光栅传感原理与制备

2.1倾斜光纤光栅的基本理论

2.2光纤光栅的刻写技术

2.3本章小结

第三章 双包层型光纤传感器及高压输电线路防震锤性能检测

3.1引言

3.2双包层型光纤光栅的传感原理

3.3双包层型倾斜光栅光纤光谱特性

3.4传感器系统与振动传感特性研究

3.5防震锤实验系统的搭建和振动监测

3.6本章小结

第四章 细芯型倾斜光栅传感器及其杆塔风振在线监测

4.1引言

4.2 传感系统的研制

4.3杆塔风振在线监测研究

4.4本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

在学期间取得的成果

致谢