光纤传感技术在电力设备检测中的应用

光纤传感技术在电力设备检测中的应用作者：熊新荣，樊孝喜，XIONGXin-rong，FANXiao-xi作者单位：熊新荣,XIONGXin-rong(新疆机电职业技术学院,新疆,乌鲁木齐,830011)，樊孝喜,FANXiao-xi(新疆医科大学,新疆,乌鲁木齐,830054)刊名：新疆职业大学学报英文刊名：JOURNALOFXINJIANGVOCATIONALUNIVERSITY年，卷(期)：2006，14(3)被引用次数：1次参考文献(6条)1.成永红电力设备绝缘检测与诊断20012.廖延彪光纤光学20003.贾伯年.俞朴传感器技术19944.强锡富传感器19935.赵仲刚光纤传感与光纤通信19936.毕卫红光纤应变传感器的研究现状与发展1999(12)相似文献(10条)1.学位论文丁睿工程健康监测的分布式光纤传感技术及应用研究2005工程结构的健康监测关系到工程质量和运营安全，其经济、社会效益极为显著。目前，大型土建工程的健康监测已成为国内外的发展趋势。近年来，我国钢-混凝土组合结构特别是钢管混凝土结构发展迅速，广泛应用于桥梁、建筑、地下工程等。但钢-混凝土的界面损伤(脱空)，会严重影响工程质量和安全，受到工程界普遍关注。然而，钢管混凝土的脱空-裂缝损伤的发生发展具有隐蔽性、随机性，其有效监测是国内外尚未解决的难题。脱空传统检测有开孔法和超声法。钻孔损伤管壁，超声法须依赖经验综合定性评判，而非定量；误差多；属点式检测，检测范围小，现场工作量大，限用于施工期，不可长期使用。故迄今尚无监测管内混凝土损伤状态的有效方法。作为工程结构健康监测和智能材料-结构领域的前沿研究热点，光纤传感以其独特的优势获得了较多关注，国内外已开始应用于土建工程，特别是桥梁，主要应用监测应变、温度等，但尚无监测钢管混凝土界面损伤的分布式光纤传感见诸报道。本文研究结构健康监测的分布式光纤传感监测技术，采用理论分析、数值模拟、模型与仿真试验及工程应用相结合的研究路线，研制出分布式光纤脱空-裂缝传感监测技术和系统，成功应用于巫峡长江大桥工程。(1)首次提出非正交构型的力-光直接转换机制的传感型式和光纤优化组合的核心技术，构建了检测界面损伤的分布式光纤传感技术和系统。光纤布设成与断裂面非正交的折线状构型，脱空(或裂缝)出现时，光纤受拉-剪复合力而直接生成微弯和光波导局部高损耗，实现了力学量(脱空变形)对光学量(光损耗)的直接调制，而勿需变形器。传感光纤经优化组合得以具有灵敏、可靠、大动态范围的综合优势。本系统可实现对脱空-裂缝的大范围、连续、长期、定量化监测，测定损伤部位、量值和发展过程。(2)首次提出了光纤-混凝土复合体分析的细观力学双界面理论模型及其非线性数值模拟方法。建立了考虑双接触面的复合体力学模型，给出了该力学模型的基本方程和定解条件，通过试验确定了接触面非线性分析参数，并计入接触面上的摩擦影响及刚性保护件对光纤周围细观力学场的扰动。给出了力学模型的非线性有限元算法，由增广拉格朗日方法加以实现。完成了两种光纤受拉、拉剪、光纤-保护件的拉剪等多种工况的计算。首次完成了光纤-混凝土复合体的细观力学的非线性理论模拟，用数值试验方法揭示出光纤及界面特有的细观现象及规律，在微弯区域出现了双界面脱离、界面滑移(涂覆-混凝土界面为主)、涂覆挤压变形、纤芯应力集中及断裂。数值分析表明涂覆层有利于扩大动态范围，但会钝化应力应变的传递；保护件距光纤过近会影响其传感性。以极限拉应变为判据，计算Ⅰ、Ⅱ型光纤动态范围与模型试验结果总体上基本相符；初步验证了理论方法的正确性，为光纤埋入混凝土后的力学分析提供了理论手段。(3)提出了传感光纤的力-光本构关系的新概念，构建了高精度数字化力-光耦合试验系统，实现了光纤脱空传感模型试验的同步自动数据采集，解决了混凝土试件一旦脆性断裂，大量力-光信号数据瞬间丧失的难题；进行了大比尺预应变钢管混凝土脱空模型试验，获得光纤传感的力-光本构关系方程(式4.5)和光纤传感的主要技术性能，灵敏度高(脱空分辨率达0.02mm)、动态范围大(4.8mm)。据此给出了脱空值计算方法、研编了光纤监测系统专用软件，构成软硬件集成系统。(4)光纤的精巧与土建施工状况间的反差很大，光纤安装埋设工艺是其工程应用的关键性难点之一。本文首次采用工程机械进行大规模仿真试验，研制了光纤的安装保护工艺和构造，该工艺在工程应用中得到检验，基本可行。经过实际工程应用，总结了进一步提高存活率的可行措施。(5)将上述理论和实验研究成果应用于钢管混凝土拱桥——有“世界第一跨”之称的巫峡长江大桥的健康监测，完成4个主拱圈共12个关键监测区的光纤传感网络分段连续布置安装、系统链接、调试和监测。系统工作良好，监测到混凝土大范围脱空的量值、位置、范围、定量分布及发展规律。结果与超声法评判定性符合，特别是与开孔直接检查结果基本吻合，从而光纤检测结果得到了可靠的证实。光纤监测结果为该桥质量评价、脱空事故处理提供了可信信息和决策依据，据此进行了修复，提高了大桥安全度，收到实效。分布式光纤传感成功应用于桥梁健康监测在国内外均属首次，同时也是分布式光纤首次应用于土建工程的损伤监测。综上，本工作遵循多学科综合和光纤传感高科技与土建传统领域大跨度交叉的技术发展路线，在光纤非正交构型与优化组合的分布式传感型式、埋入集材的光纤细观力学模型与双界面非线性分析理论、力-光本构关系、安装埋设工艺及工程应用方面，取得创新成果，在三峡库区重点工程中发挥了实际效益，完成一次“理论-实验-工程实践”的较完整的科研过程，初步证实了研究成果的科学性、前沿性和应用价值，推动了工程结构健康监测高技术领域的进展，具有重要学术价值和实际意义。2.期刊论文刘海霞.LiuHalxia光纤传感技术在混凝土结构检测中的应用-江淮水利科技2005,(6)本文重点介绍了光纤传感技术在土木结构中的应用.包括检测结构的应力、应变、振动,检测结构的弯曲、挠度和位移、裂缝检测、结构损伤监测和损伤评估等.3.学位论文史承明混凝土裂缝检测的分布式光纤传感技术试验研究2003该文分析了混凝土的组成及其应力、应变和损伤特性、振动特性等,在理论上分析了传感光纤埋设于混凝土之中的可行性,探讨了光纤在混凝土结构中的埋设工艺;通过阐述光纤传感技术在土木工程中的进展概况,指出了分布式光纤传感技术是其热点中的热点,具有信息成本低、测量范围宽、高分辨率和高精度等无可比拟的优点.在此基础上提出了一种基于分布光纤传感技术的环形光纤网络,并探讨了该网络的埋设工艺;通过用光时域反射仪(OTDR)实时监测埋有光纤的混凝土梁(两根梁构件:一根光纤直走,一根采用环形光纤网络)的三点弯曲试验,监测混凝土梁的裂缝发生、扩展情况.试验表明:光纤在混凝土结构中埋活率较高;OTDR携带方便、操作简单、显示直观、实用性较好;采用环形光纤网络的混凝土梁的监测效果好于光纤直走的混凝土梁;但同时还需指出的是,光纤在未去除涂敷层条件下试验检测灵敏度较低,无法检测与光纤不相交的裂缝等试验分析结果.4.期刊论文胡志伟.朱明达.HUZhi-wei.ZHUMing-da光纤传感技术在桥梁检测中的应用-交通标准化2008,(8)光纤传感器是把光纤传感技术应用于测量领域的一种传感器件,它与传统的传感器相比具有一系列的优点.光纤传感器在应变测量及桥梁动测中具有很好的精度,这使得它在桥梁检测领域正得到越来越广泛的应用.5.学位论文徐涛外差检测BOTDR系统中微波下变频技术研究2009综述了布里渊分布式光纤传感技术的研究现状；详细介绍了外差检测布里渊光时域反射计(BOTDR)传感系统测量原理及其微波下变频部分；理论分析和计算了光电检测器输出信号的频谱和功率范围，以及数据采集卡的输入信号范围；将一次下变频微波检波方案确定为本课题下变频器的实现方案，并对该方案的主要性能指标做了具体设计，通过射频和微波仿真软件—高级设计系统(ADS)对方案进行系统性能仿真，验证系统指标设计的合理性，最后对该方案中的低噪声放大器部分进行详细设计，并利用ADS对低噪声放大器(LNA)进行优化仿真，最后得到的LNA的各项指标均优于系统设计的各项指标。6.期刊论文杜菲.马天兵光纤传感技术在机敏结构中的研究综述-煤矿机械2004,(8)论述了光纤传感技术在机敏结构中的研究和应用,并举例介绍光纤传感技术在机敏结构中的测量原理、方法和最新研究成果,最后指出机敏结构中光纤传感技术的发展方向.7.学位论文张吉生外差检测式光纤布里渊温度和应变分布同时测量系统研究2008介绍了基于布里渊散射的分布式光纤传感技术的原理，对脉冲光在光纤中的布里渊散射特性及其对温度和应变的传感机理进行了较深入的理论分析，建立了布里渊散射谱与光纤温度和应变的对应关系。在此基础上，给出了一种基于Landau-PlaczekRatio的外差检测式光纤布里渊温度和应变分布同时测量系统，通过计算瑞利散射与布里渊散射强度之比，可以消除由光纤损耗、弯曲和接头等对系统性能的影响。分别设计了光发射子系统、光脉冲调制子系统、布里渊外差接收子系统、下变频器子系统和信号采集与处理子系统；推导计算了所设计系统的信噪比、温度和应变测量精度、动态范围、空间分辨率和测量时间等指标；完成了电光调制器性能测试和背向散射时域波形测量的实验。8.期刊论文毕卫红.郎利影桥梁检测中光纤传感技术的研究综述-传感器世界2002,8(6)本文论述了光纤传感技术在国内内外桥梁检测中的研究与应用;并以应变检测为例介绍光纤传感技术在检测桥梁中的检测原理、方法与最新研究成果,文章最后指出桥梁检测中光纤传感技术的发展方向.9.学位论文李斯丹基于光纤传感技术的桥梁索力远程监测信息系统研究2006随着社会经济的发展，道路交通流量、行车速度等随之不断提高，再加上不可预测的不良气候条件的影响，这都将危及桥梁的安全。因此在大跨桥施工完成后建立一套可靠的结构健康监测评估系统是尤为必要的。近年来，大跨度钢管混凝土系杆拱桥在国内得到了迅速发展，拉索系统是该类桥的重要承力构件，通过监测拉索的受力状况，判断和分析拉索的健康状态，已经成为系杆拱桥安全监测的重要内容。长期以来，由于技术水平的限制，人们对桥梁的健康检测一直以人工方法为主。一般都是由专业技术人员定期到现场对桥梁进行检查，将获得的数据拿回实验室进行分析，然后再给出结论。这种方法一方面不能及时掌握桥梁的运行状况，另一方面需要具有很高专业知识的技术人员，浪费人力、物力。光纤传感技术是20世纪70年代中期发展起来的一门新技术，它与传统的检测技术相比具有一系列的优点。如灵敏度高、耐腐蚀、电绝缘、防爆性好、抗电磁干扰等，而且结构简单、尺寸小、质量轻、频带宽、可进行温度、应变、压力等多种参数的分布式测量。近年来，光纤传感技术得到了迅速的发展，而光纤光栅传感技术则是光纤传感技术发展的最新阶段。本文结合具体的工程项目对实现桥梁索力的自动化监测和安全评估开展了深入研究，利用光纤光栅传感器实现对系杆索力和温度的实时数据监测，利用Internet这一平台实现数据的远程传输，在远端实现监测与健康评估。一个完整的健康监测系统由数据采集、数据传输和监测评估三部份组成。数据采集部分负责收集传感器传输的光信号，经波长解调通过计算机串口发送给现场服务器；数据传输部分将上位机送来的索力和温度等监测数据按照特定传输协议通过Internet传送给远端控制中心的客户机；监测评估部分由相应开发的监测评估软件实现数据的处理，图表显示和分析。论文主要论述了光纤光栅应变传感器，光纤光栅温度传感器以及光纤光栅测力环的工作原理，以及具体实现，分布式光纤光栅监测系统的原理和设计。探讨了计算机RS-232串口和解调仪的通信接口以及客户端监测软件和现场服务器的通信接口。使用VisualBasic6.0和SQLserver2000，实现了远程数据库的访问与管理，以及设计了远程监测系统的客户端，实现了监测数据的分类管理，远程数据实时，历史的查询和图表显示。10.会议论文王志刚.夏咏梅.郭书彪.宋美球小剂量药品生产线瓶塞智能化检测装置2003本文介绍的小剂量