[发明专利]一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术

说明书

技术领域

本发明涉及一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术，属光电子测量技术领域。

背景技术

作为电力铁塔的重要组成部分，塔身主材具体指塔身立体桁架的四根主要杆件，是电力铁塔受力的主要支撑构件，承受铁塔整体的水平和垂直荷载。由于地震、强风荷载、线路覆冰等自然灾害的影响，塔身主材受力形变会显著增加，将可能产生压坏、拉坏、扭坏等现象，严重时会发生倒塔断线事故。

一种输电线路杆塔张力及倾斜监测装置（参见文献：罗晶等，“输电线路杆塔不平衡张力及倾斜监测装置的研究”，《湖南电力》，2011 年8 月，第31 卷第4 期）。该方案涉及通过在杆塔塔腰上安装2个基于加速度传感器的双轴角度倾角传感器获取杆塔塔腰的扭动和倾斜度，此类方法采用电测量方式，包含有源元件没有光纤的绝缘优势安装不合理容易导致不安全事故，涉及到各种辅助电子电路，电路短路等容易时塔身主材的钢材带电造成不安全事故，及电子信号的传输易受电磁干扰是检测结果不准确，而光纤材料本身是绝缘材料有很好抗干扰能力。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种电力塔架塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术，将光纤Bragg光栅传感技术与电力铁塔塔身主材受力形变状况相结合，对塔身主材产生的挠度变化进行在线监测，光纤Bragg光栅是电绝缘材料，具有抗电磁干扰能力（EMI），同时，结构简单，使用方便。

本发明采用的技术方案：一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术，首先把光纤Bragg光栅应变传感器3分别沿轴线方向焊接在电力铁塔的塔身主材2上，当外荷载的变化时，引起塔身主材2发生挠度变化，导致粘贴在塔身主材2上的光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅发生波长移位，光纤Bragg光栅应变传感器3通过外接光纤，进过处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值，利用公式

其中，公式中为垂直方向的力，为水平方向上的拉力，为塔身主材的高度，为塔身主宽度，E为横担钢材的Young’s模量，A为塔身主材截面面积，为光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅波长移位，为中心波长，为有效弹光系数，从而实现波长与塔身主材2受力情况的对应关系，这样就可以对塔身主材的健康状况进行实时监测。

本发明的有益效果是：将光纤Bragg光栅传感技术与电力铁塔塔身主材受力形变状况相结合，对塔身主材产生的挠度变化进行在线监测，光纤Bragg光栅是电绝缘材料，具有抗电磁干扰能力（EMI），同时，结构简单，使用方便。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的受力分析图。

图中：1-横担，2-塔身主材，3-光纤Bragg光栅应变传感器，4-横杆，5-塔基。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明，以方便技术人员理解。

如图1所示：电力塔架包括横担1，塔身主材2，斜杆4，塔基5；两侧横担1的端部分别受水平方向和垂直方向两个力，所述的横担1，塔身主材2，斜杆4，塔基5都是电力铁塔的基本构件，光纤Bragg光栅应变传感器3为市售的普通元件。

一种电力铁塔塔身主材受力形变的光纤Bragg光栅测量技术，首先把光纤Bragg光栅应变传感器3分别沿轴线方向焊接在电力铁塔的塔身主材2上，当外荷载的变化时，引起塔身主材2发生挠度变化，导致粘贴在塔身主材2上的光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅发生波长移位，光纤Bragg光栅应变传感器3通过外接光纤，进过处理得到光纤Bragg光栅中心波长的移位值，利用公式

其中，公式中为垂直方向的力，为水平方向上的拉力，为塔身主材的高度，为塔身主宽度，E为横担钢材的Young’s模量，A为塔身主材截面面积，为光纤Bragg光栅应变传感器3的光纤Bragg光栅波长移位，为中心波长，为有效弹光系数，从而实现波长与塔身主材2受力情况的对应关系，这样就可以对塔身主材的健康状况进行实时监测。

本发明测量技术的数学模型如下：

    根据结构力学横担主材的内力计算式为

                         （1）

式中，为垂直方向的力，为水平方向上的拉力，为塔身主材的高度，为塔身主宽度。

根据胡克定律：

                                                           （2）