应用于输电线路覆冰监测的光纤光栅测量系统的研究

摘要

输电线覆冰将严重影响电力系统的经济效益和安全运行可靠性。本文提出了一种应用于输电线路覆冰监测的光纤光栅测量系统,该系统对于解决这个问题具有重大的实际意义。主要完成以下工作:
　　 该系统采用多参考光栅的方式排除了F-P腔温漂和非线性的影响；提出了一种温度测量算法,利用参考光栅和双灵敏度温度传感器测量导线表面的温度；利用温度补偿方式来测量导线的应变。确定了光栅的分布,选择了各项光学元件,设计了单片机系统。通过实验验证了:测量系统的稳定性和准确性；温度和应变测量的准确性。
　　 本系统最大的特色是针对应用环境温度变化大,电源功率有限等困难采用了参考光栅和双灵敏度温度传感器的温度测量算法,使测量系统实现了精确测量,节能化和低成本化,为该系统应用于工程实践奠定了基础。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 研究输电线路覆冰监测的光纤光栅测量系统的意义

1.2 输电线路在线监测方法简述及现存问题分析

1.3 光纤光栅传感技术

1.4 光纤布喇格光栅传感理论

1.4.1 光纤布喇格光栅的传感原理

1.4.2 光纤布喇格光栅信号解调技术

1.5 本文的主要工作

第二章 光纤光栅传感解调系统设计

2.1 输电线路覆冰监测需求分析

2.2 光纤光栅传感解调方案设计

2.2.1 解调方案设计

2.2.2 传感器分配

2.2.3 各元件选型及性能指标要求

2.3 波长解调算法的研究

2.3.1 参考光栅温度恒定时的波长解调算法

2.3.2 参考光栅温度未知时的波长解调算法

2.4 温度测量算法

2.5 应变测量算法

第三章 单片机测量系统设计

3.1 放大器设计

3.2 低通滤波电路设计

3.3 单片机数据采集电路设计

3.3.1 单片机选型

3.3.2 采样速率和转换精度的确定

3.3.3 电路框图及控制信号

3.3.4 数据采集程序设计

3.4 数/模转换电路

3.4.1 转换精度分析

3.4.2 三角波产生模块程序设计

3.5 数据传送模块设计

3.5.1 串口通信电路

3.5.2 GPRS无线通信模块

3.6 系统性能分析

3.6.1 系统分辨率的研究

3.6.2 最大电压值法误差研究

第四章 光纤布喇格光栅测量系统的实验研究

4.1 测量系统的稳定性和准确性实验

4.1.1 参考光栅温度已知时测量系统的实验验证

4.1.2 参考光栅温度未知时测量系统的实验验证

4.1.3 F-P腔温漂及其排除实验

4.2 温度测量方法的准确性实验

4.2.1 实验室温度测量

4.2.2 低温测量实验

4.3 应变测量方法的准确性实验

4.3.1 实验方法

4.3.2 实验结果分析

第五章 结论

参考文献

在学期间发表的学术论文和参加科研情况

致谢