一种电力铁塔塔基土压力的光纤Bragg光栅检测系统及其实现的数学模型的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明具体设及电力铁塔塔基±压力的光纤化agg光栅检测系统，属光电子测量
技术领域。
【背景技术】
[0002] 高压输电线路基本都采用架空线路，由于架设在空中，要承受自重、风力、冰雪等 机械力的作用和空气中有害气体的侵蚀，同时还受温度变化的影响，运行条件恶劣。恶劣的 冰灾天气会严重影响到输电安全，如2008年初的冰灾使得导线压断、塔基倒塌，严重影响 了输电线路的安全。塔基周围挖沙石、挖±方会破坏塔基的地基，也会影响到输电线路的安 全。塔基周围经常有挖沙石、玩±方的情况，一旦接近地基就有可能影响塔基的稳定，也将 严重影响了输电线路的安全。
[0003] 与本测量系统最接近的监测系统是一种特高压输电线路在线监测系统（参见文 献；陈海波，"特高压输电线路在线监测技术的应用"，《电网技术》，2009年5月，第10期）。 该方案设及基于全球移动通信系统（GSM)对运行杆塔倾斜情况的实时监控和预警。因为 是通过对塔杆的倾斜监测来间接判断塔基的移位，所W该技术不能直接反映塔基的健康状 况。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供电力铁塔塔基±压力的光纤化agg光栅检测系统，其测量准 确，更能反映塔基±压力的复杂受力情况，可实现实时在线监测。
[0005] 实现本发明目的所采取的技术方案是：将光纤化agg光栅±压力传感器埋放在电 力铁塔塔基的侧面，将塔基±体的压力转换成光纤化agg光栅的波长移位，光纤化agg光栅 通过光纤与光纤化agg光栅解调仪连接，利用光纤化agg光栅解调仪得出光纤化agg光栅 中屯、波长的移位值。
[0006] 本发明所述的光纤化agg光栅±压力传感器的最佳埋放位置是在塔基的侧面，该 样可W有效获得较准确的光纤化agg光栅的波长移位值。
[0007] 本发明的数学模型如下：
[000引当光纤化agg光栅±压力传感器受到非均布的偏屯、±压力Pb, e作用时，与传感 器表面垂直的平均法向±压力P。由P h 9>在±压力盒的一次膜片上的积分可得：
[0009] (1)
[0010] 式（1)中，Si为一次膜片的总面积，r为一次膜片半径，0为偏屯、±压力与一次膜 片的夹角。
[0011] 在传感器受到平均压力P。后，±压力盒的二次膜片会受到均布压力P。。此时二次
【主权项】
1?一种电力铁塔塔基土压力的光纤Bragg光栅检测系统，其特征是：光纤Bragg光栅 土压力传感器埋放在电力铁塔塔基的侧面，将塔基土体的压力转换成光纤Bragg光栅的波 长移位，光纤Bragg光栅通过光纤与光纤Bragg光栅解调仪连接，利用光纤Bragg光栅解调 仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值。
2. 按照权利要求1所述的一种电力铁塔塔基土压力的光纤Bragg光栅检测系统，其特 征是：在电力铁塔的2个正对着的塔基处埋放2个光纤Bragg光栅土压力传感器。
3. 实现权利要求1所述的一种电力铁塔塔基土压力的光纤Bragg光栅检测系统的数学 模型，其特征在于，该数学模型为： 当光纤Bragg光栅土压力传感器受到非均布的偏心土压力Pfc, 0}作用时，与传感器表 面垂直的平均法向土压力仏由P0}在土压力盒的一次膜片上的积分可得：
式（1)中，SiS-次膜片的总面积，r为一次膜片半径，0为偏心土压力与一次膜片的 夹角； 在传感器受到平均压力P。后，土压力盒的二次膜片会受到均布压力P此时二次膜片 产生的挠度为：
式（2)中，t2为二次膜片厚度，E2为二次膜片杨氏弹性模量，y2为二次膜片泊松比，r^ 为二次膜片半径，x为从二次膜片中心沿半径方向的距离； 悬臂梁上的应变e与匀布压力P(l的关系为：
光纤Bragg光栅均匀轴向应变引起的波长移位为： A 入13=入B(l_Pe) ￡ (4) 式（4)中，AB为光纤Bragg光栅的中心波长，AA!3为波长移位量，为有效弹-光系 数，Pe= 0. 22,e为轴向应变量，h为土压力传感器中等强度悬臂梁厚度，1为土压力传感 器中等强度悬臂梁长度，t2为二次膜片厚度； 把（3)式代入（4)式，则光纤Bragg光栅的Bragg波长移位与传感器所受到的法向土 压力Pci的关系为：
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【专利摘要】一种电力铁塔塔基土压力的光纤Bragg光栅检测系统，光纤Bragg光栅土压力传感器埋放在电力铁塔塔基的侧面，将塔基土体的压力转换成光纤Bragg光栅的波长移位，光纤Bragg光栅通过光纤与光纤Bragg光栅解调仪连接，利用光纤Bragg光栅解调仪得出光纤Bragg光栅中心波长的移位值。本系统直接将光纤Bragg光栅土压力传感器埋放在电力铁塔塔基的侧面，通过把土压力传感器受力产生的挠度变化转换成对光纤Bragg光栅的中心波长移位的测量来对塔基土压力的状态进行实时在线监测，因此本系统的测量更准确，测到的各项数值更能反映塔基的健康状况。
【IPC分类】G01L1-24
【公开号】CN104568251
【申请号】CN201510001781
【发明人】王洪亮, 段朝磊, 梁仕斌, 王达达, 李川
【申请人】云南电网有限责任公司电力科学研究院
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月4日