[发明专利]基于光纤的输电导线微风振动监测数字传感器及监测方法

说明书

技术领域：

本发明属于输电线路在线监测设备技术领域，具体涉及一种基于光纤的输电导线微风振动监测数字传感器，本发明还涉及上述输电导线微风振动监测数字传感器的监测方法。 

背景技术：

美国电气和电子工程师协会（IEEE）测振标准规定的微风振动检测采用弯曲振幅法，而我国现行的《架空输电线路微风振动在线监测系统技术导则》中也采用该办法进行监测。该检测方法使用的测振仪均采用悬臂梁式传感器，主要是测量输电导线的弯曲幅度，一般将悬臂梁式传感器安装在线夹出口89mm处来监测输电导线的变形量，悬臂梁式传感器的一端固定在线夹上，另一端和输电导线接触，输电导线的振动直接传递给悬臂梁式传感器，悬臂梁式传感器受压后的输出为与变形量成线性关系的信号量，经采集传感器输出信号来计算出微风振动的振幅和频率信息。但机械悬臂梁一般由金属材料制作,其固有的热胀冷缩导致的悬臂梁对温度的交叉灵敏成为该类传感器性能提高的瓶颈。虽然相关文献采用了诸如：双金属材料补偿法、双重叠等腰三角形悬臂梁方法、机械补偿结构设计以及参考光纤光栅等技术方法对温度造成的误差进行补偿，尽管在一定程度上可以达到温度交叉敏感补偿的目的,但这些方法都比较复杂且温度补偿范围有限。 

光纤器件具有良好的抗电磁干扰能力，近年来被广泛应用于振动测量中，特别是塑料光纤，由于其相对较为柔软、重量较轻、成本较低，并且易安装，使其在测量领域应用颇为广泛。 

发明内容：

本发明的目的在于提供一种基于光纤的输电导线微风振动监测数字传感器，解决了现有悬臂梁式微风振动监测传感器存在的频率响应效果差及对温度较为敏感的问题。 

本发明的另一目的在于提供上述输电导线微风振动监测数字传感器的监测方法。 

本发明所采用的第一种技术方案是，基于光纤的输电导线微风振动监测数字传感器，包括有MCU运算控制单元，MCU运算控制单元分别通过导线连接有供电模块、光感模块，MCU运算控制单元通过Zigbee网络依次连接有Zigbee通讯模块、上位机。 

本发明第一种技术方案的特点还在于： 

光感模块，包括有光源发射装置，光源发射装置通过复合式光纤与光电转换器连接，所述光电转换器通过导线与所述放大电路连接。 

复合式光纤由两根完全相同的单根多模塑料光纤组成，一根作为接收光纤，另一根作为发射光纤；复合式光纤的长度为89mm。 

光电转换器采用的是PIN光电二极管；放大电路采用LM358运算放大器。 

供电模块，包括有导线互感取能模块和蓄电池，导线互感取能模块和蓄电池分别通过导线与控制器连接，控制器通过导线与开关电源 芯片连接，开关电源芯片与MCU运算控制单元连接。 

导线互感取能模块采用的是开环电流互感器；蓄电池为锂电池；开关电源芯片的型号为tps61130。 

MCU运算控制单元的型号为MSP430。 

本发明所采用的第二种技术方案是， 

步骤1、将基于光纤的输电线路微风振动监测数字传感器安装于输电导线上： 

在输电导线上的线夹处垂直设置第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板之间的距离为89mm； 

将光感模块内的光源发射装置设置于第一挡板上，光源发射装置发出的光源能照射在第二挡板上，将复合式光纤紧贴于输电导线粘附，将光感模块内的光电转换器及放大器分别通过支撑装置安装在输电导线上； 

再将MCU运算控制单元通过支撑装置安装在输电导线上，MCU运算控制单元分别与供电模块及Zigbee通讯模块连接。 

步骤2、经步骤1安装完基于光纤的输电导线微风振动监测数字传感器后，启动供电模块，监测开始，MCU运算控制单元进行初始化，由光感模块依次进行数据采集、数据处理，输出光纤相位变化电信号： 

步骤3、将经步骤2得到的光纤相位变化电信号作为输入信号输送至MCU运算控制单元，经MCU运算控制单元的计算，得到输电导线微风振动的振幅值和频率； 

步骤4、将经步骤3计算得到的输电线路微风振动的振幅值A和频率f_n经过Zigbee无线通讯模块发送至上位机。 

本发明第二种技术方案的特点还在于： 

步骤2具体按照以下步骤实施： 

步骤2.1、经步骤1安装完基于光纤的输电线路微风振动监测数字传感器后，启动供电模块，监测开始，MCU运算控制单元进行初始化；