[实用新型]一种基于舞动试验机的分布式光纤测振装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及舞动监测领域，尤其涉及一种基于舞动试验机的分布式光纤测振装置。

背景技术

振动量测量在结构健康监测、电力、航空航天等领域具有非常高的应用价值，传统的振动测量方法为电测量法，存在灵敏度低，体积大，安装限制等问题，且传统的振动测量只能进行点式测量。

分布式光纤传感技术是指在光纤传输路径上的外部信号通过一定的方法对光纤种的光波进行调试，以实现被测量对象的连续空间的实时测量。分布式光纤传感器不仅具有普通光纤传感器的全部优点，而且充分利用了光纤一维空间连续分布的特点，可以在整个传感光纤长度上对沿光纤分布的环境参数进行多点或者连续测量。光纤同时具有导光介质和传感元件的功能。相比于传统的振动传感器，光纤传感器具有灵敏度高、动态范围大、体积小、重量轻、不易受环境影响等特点，可进行全光纤的监控。

输电线路舞动是不均匀覆冰导线在风激励下产生的一种低频率（0.1～5Hz）、大振幅（导线直径的20～300倍）的自激振动。高压输电线路舞动能量大，持续时间长，易造成线路闪络、跳闸、杆塔螺栓松动、脱落，严重时会发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，甚至倒塔，导致重大电网事故。

发明内容

为了开展针对输电线路的全分布式光纤测试，尤其是前期的舞动特征识别等数据积累阶段，需要建设具备光纤的试验线路，本实用新型的目的在于提供一种基于分布式光纤的舞动测振装置和解调算法，利用室内舞动试验进而模拟输电线路的舞动。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种基于舞动试验机的分布式光纤测振装置，用于模拟输电线路的舞动，能够实时监测线路中舞动的幅度、频率和舞动位置，其特征在于，包括光路单元和电子学单元，所述光路单元将舞动线路上的光路进行调制，所述电子学单元将光路信息进行实时解调，所述测振装置能够及时获得在各个舞动频率下的实时数据并进行数据积累；所述光纤连续分布在线路中，实现被测量对象的连续空间的实时测量。

所述装置采用具有窄线宽和低频率漂移特性的相干光源。

所述装置采用相位敏感的光时域反射型（Φ-OTDR）传感器。

所述装置能够设置档距，档距中间直线塔位置能够调整；耐张拉力、舞动频率也能够调整。

当所述线路某位置发生振动时，该位置处光的相位发生改变，返回的发生干涉的瑞利后向散射光光强因为相位的改变也发生改变，通过与未发生振动检测到的信号进行比较，找出光强变化的时间对应振动的确切位置。

所述光路单元的光信号经过光电探测器模块将光信号转换为电信号，进入所述电子学单元，电子学单元的高速AD转换单元采集所述光路信息，经过FPGA控制器，在FPGA控制器内经过解调算法的处理，将光纤中的振动信息进行提取，在人机界面上进行显示和存储。

所述光路单元包括：依次连接的窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、环形器。

所述声光调制器用于将所述窄线宽激光器发出的窄线宽激光，调制成重复频率为f，脉宽为W的脉冲序列，经过所述掺铒光纤放大器的功率放大后，经过所述环形器注入到传感光纤。

所述光路单元还包括：依次连接的光纤干涉仪、光电探测器。

在前向脉冲光遍历传感光纤时，后向瑞利散射光逆着光传播方向经所述环形器进入到所述光纤干涉仪中，经过所述光纤干涉仪的干涉调制，干涉信号经过所述光电探测器的光电转换，进入到系统的解调仪，经过解调算法，解调出传感光纤处的振动信息。

所述电子学单元包括：DIO接口、AD转换单元、FPGA控制器、CPU单元和人机界面。

所述AD转换单元采集光电探测器输出的电压信号，将其传送给所述FPGA控制器，所述FPGA控制器根据自定义的解调算法，经过处理后得到所述舞动测振装置中舞动线路的振动信息。

所述FPGA控制器内部的高速传输引擎将所述振动信息，通过PXIe总线传送给CPU单元，进行数据的显示、存储操作。

所述DIO接口向所述光路单元提供驱动脉冲，对光路进行调制。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型的室内舞动试验机分布式光纤测振实时监测装置能够实时监测室内舞动试验机试验线路舞动状态，可以及时获得在各个舞动频率下的实时数据并进行数据积累，为今后在室外真型试验线路上的长距离监测做铺垫，系统功能强大，既能对舞动状态进行定性监测，也可对舞动线路进行舞动幅度频率的定量监测，同时可以监测舞动试验机常见的低频舞动状态；系统体积小，安装方面，可直接放置在室内，通过简单的操作即可进行设备的运行和监测。

附图说明