专利名称：智能复合材料杆塔健康监测装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种监测装置，具体地说是一种智能复合材料杆塔健康监测装置，属于 智能电器领域。
背景技术：
传统的输电杆塔普遍存在质量大、易腐烂、锈蚀或开裂等缺陷，耐久性差，使用寿 命较短并且施工运输和运行维护困难，容易出现各种安全隐患。基于以上的原因，智能 复合材料杆塔已被推荐作为木杆、钢杆和混凝土杆的优异替换物，因为复合材料杆塔具 有强度高、重量轻、耐腐蚀以及疲劳性能、耐久性能和电绝缘性能好等特点，非常适用 于制造输电杆塔。但智能复合材料杆塔受到冲击易于损伤，因此对其进行健康监测，保 证整个结构的安全尤为重要。
用于监测智能复合材料杆塔健康状况的传感器有光纤类和压电类。使用光纤制作成 的传感器，与传统的各种传感器(例如中国专利200810222044. 3 "高压输电线路杆塔运 行监测器"中用到的温度传感器、倾斜传感器等)相比，具有众多优点，它集体积小、 重量轻、灵敏度高、损耗低、频带宽、抗电磁干扰、耐腐蚀、电绝缘性好、防爆、光路 可挠曲、结构紧凑等优点于一身，能够传感多种物理量和化学量，工作可靠，工作温度 范围从-150'C 50(TC，这些都完全符合在室外恶劣环境工作的要求。压电陶瓷的响应 快，频响宽，既可作传感器，又可作为激励器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能复合材料杆塔健康监测装置，该装置可对智能复合 材料杆塔进行小范围、大范围、主动式在线监测。
本发明的技术方案是: 一种智能复合材料杆塔健康监测装置,包括光纤光栅传感器、 干涉型光纤传感器、压电陶瓷、计算机和安装在杆塔中的主控箱，主控箱包括光纤光栅 解调仪、干涉型光纤解调仪、压电陶瓷解调仪，其特征在于主控箱还包括控制器和 DTU(数据终端设备，Data Terminal unit),其连接关系是光纤光栅传感器、干涉型 光纤传感器和压电陶瓷粘贴或埋入到智能复合材料杆塔中，分别与光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪和压电陶瓷解调仪相连，光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪和压电陶 瓷解调仪分别与控制器连接，控制器连接DTU, DTU连接计算机。
本发明的有益效果是通过三种传感器的配合实用，实现对智能复合材料杆塔进行 小范围、大范围、主动式在线监测，并判断智能复合材料杆塔是否发生损伤，若有损伤 则对结构进行评估，确定损伤的位置并进行维护。
图1是本发明实施例的结构示意图。
图2是图1中干涉型光纤传感器的工作原理图。
图3是本发明实施例的工作原理图。
具体实施例方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。
图l中标记的说明l一光纤光栅传感器，2 —干涉型光纤传感器，3 —压电陶瓷， 4—光纤光栅解调仪，5—干涉型光纤解调仪，6—压电陶瓷解调仪，7-主控箱，8—控 制器，9一DTU， IO—计算机。
如图1所示，本发明由光纤光栅传感器l、干涉型光纤传感器2、压电陶瓷3、光 纤光栅解调仪4、干涉型光纤解调仪5、压电陶瓷解调仪6、主控箱7、控制器8、 DTU(数 据终端设备，Data Terminal unit)9和计算机10组成，其连接关系是光纤光栅传感 器l、干涉型光纤传感器2和压电陶瓷3粘贴或埋入到智能复合材料杆塔中，分别与光 纤光栅解调仪4、干涉型光纤解调仪5和压电陶瓷解调仪6相连，光纤光栅解调仪4、 干涉型光纤解调仪5和压电陶瓷解调仪6分别与控制器8连接，控制器8连接DTU9， DTU9连接计算机10。
光纤光栅传感器1，采用光纤布拉格光栅。光纤布拉格光栅是一种波长选择反射器, 它所反射的中心波长的数学表达式为
A =2% A
式中A是光栅的周期， #是纤芯的有效折射率。由上式可以看出，凡是能够导致
光纤光栅有效折射率变化或者光栅周期变化的物理量均能引起布拉格波长的变化。实际 的应用中，可以应用实验的方法分别测定光纤光栅的应变灵敏系数和温度灵敏系数，则
4由应变和温度变化引起的总的布拉格中心波长漂移为
式中的A;和/^分别为传感器的应变灵敏系数和温度灵敏系数，都可以通过实验获
得。单独的光纤布拉格光栅无法区分由应变和温度所分别导致的布拉格中心波长的变 化，为了去除环境的温度波动对应变测量的影响，光纤布拉格光栅用做应变传感时，应
采取温度补偿措施。本装置中光纤光栅传感器的栅长是lOmm，波长范围是1530-1560nm。 压电陶瓷3具有压电效应和逆压电效应，即当它受到机械力变形时，能产生电势， 对它施加电压时，能改变其机械尺寸，因此它在智能复合杆塔中既能用作传感元件又能 用作驱动元件。本装置中的压电陶瓷与基体材料结合使用，直径是6mm。
如图2所示的干涉型光纤传感器2，是根据迈克尔逊干涉原理设计而成。光源发出 宽带光，经耦合器到达传感器，再经过耦合器到达测量光纤和参考光纤。两束光在光纤 面镀膜处发生反射后回到解调仪中，在解调仪中当可移反射镜所移动的距离与智能复合 杆塔的变形相匹配后，两束光发生干涉，并且干涉条纹出现极大值，此时解调仪中的模 块输出反射镜移动的距离，测量完毕。本装置中的测量光纤和参考光纤均为裸光纤，长 度可根据结构尺寸定制。
如图3所示的本发明实施例的工作原理图，压电陶瓷3的激励器先发出激励信号， 然后压电陶瓷3的传感器，光纤光栅传感器l，干涉型光纤传感器2分别获取智能复合 杆塔的信息，经过解调仪，然后控制器8从解调仪中获取这些数据，并通过DTU9， GPRS 网络将数据存入计算机10。评估软件调用数据，并判断智能复合杆塔是否发生损伤， 若有损伤对结构进行评估，确定损伤的位置并进行维护。
权利要求
1.一种智能复合材料杆塔健康监测装置，包括光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器、压电陶瓷、计算机和安装在杆塔中的主控箱，主控箱包括光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪、压电陶瓷解调仪，其特征在于主控箱还包括控制器和数据终端设备DTU，其连接关系是光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器和压电陶瓷粘贴或埋入到智能复合材料杆塔中，分别与光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪和压电陶瓷解调仪相连，光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪和压电陶瓷解调仪分别与控制器连接，控制器连接DTU，DTU连接计算机。
全文摘要
本发明涉及一种智能复合材料杆塔健康监测装置，属于智能电器领域，它包括光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器和压电陶瓷。光纤光栅传感器、干涉型光纤传感器和压电陶瓷分别与光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪和压电陶瓷解调仪相连，主控箱中包括光纤光栅解调仪、干涉型光纤解调仪、压电陶瓷解调仪、控制器、DTU(数据终端设备，Data Terminal unit)和计算机；控制器将从解调仪中获得信息，并通过GPRS网络将其传给计算机，由计算机来进行处理。本发明不仅能够进行常温下的检测，还能够在高温、低温下进行检测，可以很好地评估智能复合材料杆塔的健康情况，保障杆塔使用的安全。
文档编号G01M99/00GK101608976SQ20091006331
公开日2009年12月23日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者但小容, 俞坤师, 飞 刘, 婷 尹, 徐思恩, 辉 李, 杜忠东, 王晓琪, 胡媛媛, 晶 许, 许任重, 军 赵, 陈轩恕 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司