[发明专利]测量输电线缆应力的分布式光纤传感装置、系统和方法

权利要求书

1.一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感装置，其特征在于：该装置包括传感光缆、光纤、光纤引出端子、粗螺栓、金属结构体、支架端、第一金属封装外壳；

所述金属结构体由两条长度为L₁的金属片状物和两根直径为d₁、长度为l₁的金属圆柱体组成，两条金属片状物平行设置，两根金属圆柱体平行设置，两根金属圆柱体分别垂直浇筑在金属片状物两端一定距离处；所述光纤在两根金属圆柱体表面来回绕制r圈，r为正整数，光纤两端分别固定在金属片状物上；

所述金属结构体两端分别通过粗螺栓和支架端固定在一起，并封装在第一金属封装外壳内部，由光纤引出端子将光纤成缆再从第一金属封装外壳中导出，将第一金属封装外壳出口处密封。

2.一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感装置，其特征在于：该装置包括传感光缆、光纤、光纤引出端子、粗螺栓、金属片、滚轴、支架端、第二金属封装外壳；

该装置设置有两条长度为L₂的金属片，四个直径为d₂、长度为l₂的滚轴，两个滚轴由一根粗螺栓串联，支架端固定在粗螺栓的中部，滚轴位于支架端两侧，另一根粗螺栓上的结构相同；两条金属片平行设置，并分别垂直连接两根粗螺栓的端部；

所述光纤在四个滚轴表面来回绕制r圈，r为正整数，光纤两端分别固定在金属片上，并封装在第二金属封装外壳内部，由光纤引出端子将光纤成缆再从第二金属封装外壳中导出，将第二金属封装外壳出口处彻底密封。

3.根据权利要求1所述的一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述金属结构体选用弹簧钢。

4.根据权利要求2所述的一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述金属片和滚轴选用弹簧钢。

5.根据权利要求1所述的一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述光纤两端分别用环氧树脂胶粘贴在金属片状物上。

6.根据权利要求2所述的一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感装置，其特征在于：所述光纤两端分别用环氧树脂胶粘贴在金属片上。

7.基于权利要求1或2所述的装置实现的一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感系统，其特征在于：该系统包括若干所述装置、通信光纤和分布式光纤传感设备，所述装置安装在输电线路中的耐张杆塔上，装置两端的连接头分别连接绝缘子和输电线缆，利用引导光缆将分布式光纤传感设备、若干所述装置接入通信光缆线路中。

8.基于权利要求7所述的系统实现的一种测量输电线路中线缆应力的分布式光纤传感方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

(1)在特高压输电线路中，采用OPGW作为地线；将所述装置通过连接金具连接在耐张杆塔上的绝缘子和输电线缆中间，每一根耐张杆塔前后连接处各连一个所述装置，同时监测输电线缆两端的应力状态；

(2)在安装有所述装置的各个耐张杆塔间的各段OPGW中分别使用一根光纤，将每根耐张杆塔的所述装置都串联在一起，用分布式光纤传感设备进行实时监测；

(3)所述装置内产生的应变通过弹光效应改变光纤的折射率，通过杨氏模量、泊松比和光纤密度改变光纤中的声速；光纤中的声速υ_a表示如下：

其中，Y是杨氏模量，κ是泊松比，ρ是光纤的密度；

根据光纤中的声速得到光纤中布里渊谱频移v_B，即：

其中，n为光纤的折射率，v为泵浦光频率，c为真空中的光速；

通过光纤中布里渊谱频移的偏移量△v_B计算该段装置中光纤产生的应变值ε，公式如下：

△v_B＝C_εε

其中，C_ε为光纤的应变-布里渊频移系数，最终根据应变值ε反演得到该段输电线路连接处的应变状态。