直流输电换流阀光纤测温系统设计及试验研究

为实时在线监测高压直流输电(HVDC)换流阀运行过程中温度分布情况,设计基于光纤布拉格光栅(FBG)传感器的实时温度监测系统。对FBG传感器进行了校准,通过对校准数据点的二项式数据拟合方式实现HVDC换流阀温度监测对光纤温度测量数据的精度要求。设计了适合HVDC换流阀的FBG温度传感器的技术参数、传感器测点外观要求和测温光纤的布局结构,通过对HVDC换流阀热运行试验中关键元件测点温度实时监测和后期数据分析处理,获得可靠有效的测量数据,成为HVDC换流阀设计和试验验证重要的测试手段。结果表明,这里设计的FBG温度在线监测系统具有可靠的远程在线实时监测功能,在HVDC换流阀研发试验和工程应用中具有较高的实际应用价值。     

混凝土结构中钢筋腐蚀检测电路设计

介绍了一款用于混凝土结构中钢筋腐蚀监测的检测电路及相关的硬件设计,该电路具有自动采集钢筋腐蚀监测信号的功能,并通过无线收发模块对钢筋腐蚀监测信号进行数据通信,同时阐述了该电路软件的设计思路。试验表明,该电路结构简单,成本低廉,安装方便,能较准确地反映混凝土结构中钢筋腐蚀情况,满足工业现场的需要。     

分布式光纤光栅传感器在干式空心电抗器的应用

介绍了一种分布式光纤Bragg光栅传感器(fiber bragg grating,FBG)系统,通过在电抗器各包封层内多点预埋温度和应变传感器来测量包封层内的温度和经温度补偿后的应变拉力。经干式空心电抗器固化温升实验过程中的在线监测,其结果证明了该系统可准确测得干式电抗器包封层内的温度和应变拉力的变化趋势,将为变电站内干式空心电抗器实时监测提供重要的理论依据。     

温度对线路覆冰监测光纤光栅倾角传感器性能的影响

针对现有架空输电线路覆冰在线监测系统存在的易受电磁干扰、使用寿命短等缺点,开发出了用于输电线路覆冰监测的光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)拉力倾角传感器;研究了温度对该传感器的影响。利用温控箱试验传感器零点温度影响的结果表明,使用温度内温度变化引起的拉力测量零点变化±0.1%时,倾角测量零点变化±0.67%;气候室中试验研究覆冰气候环境下开发的拉力倾角传感器的拉力测量误差0.17%。户外试验表明研发的光纤布喇格光栅拉力倾角传感器在长期低温环境下(-15°C～+3°C)运行稳定,传感器测量未出现蠕变衰减现象。     

架空输电线路覆冰监测用光纤光栅风速传感器的研制

风荷载测量是输电线路覆冰监测的重要组成部分,为解决现有输电线路覆冰在线监测系统中风速测量传感器需要现场电源,易受电磁干扰,不能实时测量风速,需要无线传输模块等缺点,开发了基于光纤布喇格光栅(fiber Bragg grating,FBG)传感技术的风速传感器,此传感器利用粘贴有 FBG 的等强度梁对风速产生的压力进行测量.鉴于温度对光纤光栅应变测量有较大影响,采用在等强度梁上下 2 侧对称粘贴光纤光栅的方法解决了温度与应变交叉敏感的问题.对所研制的传感器进行了温度影响试验和风洞试验,试验结果表明,温度造成的传感器测量误差小于±5 pm,传感器线性度良好,测量误差小于±0.5 m/s,经计算由风速测量误差引起的冰荷载测量相对误差小于 2.14%,这些参数满足现场监测的要求.     

大电机定子线棒光纤光栅准分布式测温技术

为了使大型发电机具备内部温度场实时监测能力,将联有多个光纤布拉格光栅(fiber Bragg gratings,FBG)的光纤植入定子线棒中,将光纤光栅置于被关心的温度点,实现了定子线棒温度的准分布式多点测量。植入实验表明,裸FBG很容易在植入过程中损坏,且温度特性易受绝缘材料影响;不锈钢毛细管封装FBG可以抵抗定子线棒加工过程中的高温高压及外力的损害,是一种可行的植入方案。在选择植入位置时,实心铜股线和换位绝缘是能够植入FBG的位置。植入FBG后线棒的温度实验表明,嵌入线棒内部的FBG波长随温度变化的线性度为0.999 66,FBG波长时间响应曲线与对应点热电偶温度时间响应曲线有很好的一致性,具有几乎相同的响应时间。基于光纤光栅的准分布式测温技术实现定子线棒温度的实时测量是可行的。     

FBG传感器在物联网高压输电设备健康监测系统的应用研究

简述了高压输电设备健康监测方法,介绍了物联网的基本概念和关键应用技术,分析了基于物联网的FBG传感器输电铁塔在线监测系统组成结构,阐述了FBG传感器灵敏度高、抗电磁干扰、耐腐蚀能力强和防雷击等特点。分析了FBG传感器的性能和测量原理,提出了铁塔主材应变、横担所受垂直向下的力G和电缆提供的水平张力FT与FBG传感器中心波长位移量的关系,阐述了时序融合算法并分析了监测数据异常值的剔除方法。通过某地区输电铁塔的监测结果样本,分析了FBG传感器测量和数据处理的工作过程。得出了根据安装在输电铁塔主材上FBG传感器的应变,可以实现主材变形情况的实时监测,结合时序融合算法对传感器获得的数据进行处理,并利用应变与输电铁塔倾角的关系可实现铁塔运行状况和稳定性的评价与分析。     

水下腐蚀电位数据采集系统设计

结合常用的水下定量检测技术中电位测试方法的要求,基于STM 32单片机设计了一套可应用于海洋环境中水下腐蚀电位检测的腐蚀电位数据采集测量系统,并对系统传感器、电位测量电路以及软件进行了详细设计。     

FBG输电线路覆冰监测拉力传感器

相比于传统传感器,光纤光栅具有抗电磁干扰能力强,测量范围广,绝缘性能好,使用寿命长等诸多优势.对耐张塔处进行了受力分析,将光纤布拉格光栅（FBG）应用到输电线路中,设计新型的基于FBG的输电线路覆冰监测传感器,对恶劣冰雪天气下的输电线路覆冰监测具有重要意义.     

光纤光栅温度传感器在开关柜触头及母排温度监测中的应用

设计了用于开关柜母线、静触头温度监测的光纤光栅温度在线监测系统,系统所用光纤光栅温度传感器采用了应变不敏感封装,避免了传感器在安装及测试过程中应变对测量结果的影响,提高了温度监测准确度及可靠性。经测试,采用上述封装结构的光纤光栅温度传感器温度特性与裸光栅温度特性一致,该监测系统至今已连续运行1 a多,工作状态良好。     

光纤光栅解调技术在电力系统中的应用

实现对电力设备的温度监测是电力系统安全与稳定的重要保障。文章比较了光纤光栅传感器和传统传感器的性能,介绍了光纤光栅传感器的工作原理,设计并实现了基于可调谐F-P滤波器的光纤光栅波长解调系统,并就光纤光栅解调技术在高压开关柜、电力电缆、高压变压器绕组等电力系统设备温度监测中的应用进行了介绍。     

可温度自动跟踪的高精度光纤光栅电流互感器

用光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating,FBG)粘贴到超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)上作为电流互感器的传感探头,用硅钢片构建磁路系统以约束并引导交变电流产生的磁力线进入传感探头,实现交变电流的传感,此传感系统具有全光纤结构和抗电磁干扰能力。由于光纤光栅是波长编码器件,该文提出一种基于分布式反馈(distributed feedback,DFB)半导体激光器的正交解调方法。该解调方法结构简单,解调精度高,能够解耦波长信息的同时剔除了温度对光纤光栅波长漂移的影响,解决了光纤光栅对温度和应变交叉敏感的问题。实验结果表明,电流互感器最小可测电流为0.33A,最大可测电流为293.25A,满量程精度可以达0.11%。应用DFB激光器解调技术的光纤电流互感器,运用激光器的波长可调谐特性,采用经典控制理论的PID算法实现了电流与温度同时测量。     

基于 F-P 标准具非线性波长校准的 FBG 传感系统解调方法

针对光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)解调系统在变温环境下由于波长漂移引起的解调精度不足问题,提出了一种基于法布里-珀罗(Fabry-Perot, F-P)标准具非线性波长漂移校准的FBG传感系统解调方法。研究建立了引入F-P标准具的FBG解调系统,设计了基于F-P标准具非线性误差补偿的波长校准流程,搭建了FBG解调系统在航空航天实际应用环境中的模拟实验系统,并在恒温及变温环境下进行了实验测试。实验结果表明,本文所提出方法在恒温及变温环境下的传感系统解调稳定性在±0.6 pm及±1.1 pm以内,且在变温环境下传感系统解调的波长漂移量从20.3 pm减小到0.7 pm。验证了解调方法的精度和稳定性,为航空航天等领域的结构健康监测提供了参考。     

基于光纤光栅应变传感器的架空输电线弧垂实时监测

利用光纤的应变与Bragg波长的对应关系,分别得出了架空输电线悬点等高以及不等高条件下的输电线弧垂计算方法;提出了一种基于光纤布拉格光栅（fiber Bragg grating,FBG）应变传感器的架空输电线弧垂实时监测方案,通过监测线路的应变值,可以获得线路的实时弧垂值。仿真计算结果表明,本方案可实时监测10 m以上的弧垂变化,且能够支持16 mm的弧垂测量精度,具有较高的工程应用价值。     

基于FBG的输电线路微风振动在线监测方法

输电线路导线和地线振动往往造成线路断股断线、金具脱离等危害,现有的导线微风振动监测装置采用互感取电方式供电,而地线监测装置采用电池供电,使用寿命较短,且易受电磁干扰、雷击电流的影响。针对这些问题,开发了基于光纤光栅（fiber Bragg grating,FBG）传感器的输电线路微风振动在线监测系统,系统采用悬臂梁结构的光纤光栅传感器测量地线振动时反射光的波长变化,并通过OPGW/OPPC将光信号发送至变电站的光纤光栅解调仪,再通过安装在变电站的状态监测装置计算出导地线的动弯应变、振动幅值以及振动频率。系统可以实现地线微风振动的无源测量,不再存在电源供电的问题。此外,结合光纤光栅传感器抗电磁干扰、精度高的特点,提高了系统的稳定性和可靠性。     

基于 FBG 改进泄压阀的旋叶式压缩机 排气压力感知研究

针对旋叶式压缩机排气压力精准监测难问题,提出了基于光纤布拉格光栅(fiber Bragg grating, FBG)改进泄压阀的旋叶 式压缩机排气压力感知方法。 首先,依据旋叶式压缩机泄压阀结构特点,结合 FBG 传感理论,建立了膜片式压力传感器模型, 揭示了压力与中心波长的映射关系;其次,设计了基于泄压阀的三段式 FBG 压力温度复合传感器,理论分析表明该传感器灵敏 度为 304. 26 pm/ MPa;最后通过仿真实验分析,研究了膜片半径、厚度对传感器灵敏度的影响,得到了最优半径与厚度组合(R = 5 mm, h = 0. 6 mm),实验灵敏度为 330. 78 pm/ MPa,研究对旋叶式压缩机状态监测及功耗控制具有重要的理论和实际工程 价值。     

弱反射光栅滑坡监测系统的研究与应用

目前,光纤传感技术在桥梁、隧道、大坝等监测领域推广应用并取得了较好的效果,而基于弱反射光栅的FBG传感技术应用还处于起步阶段。针对BORDR和FBG技术应用于地质灾害监测中的限制,本文在介绍弱光纤光栅传感阵列监测技术原理的基础上,利用弱反射光栅传感阵列具有大容量、高精度的特点,设计了一款外定点式弱反射光栅传感光缆,并结合弱反射光栅传感阵列监测技术、物联网技术构建了基于弱反射光栅传感阵列的滑坡实时监测系统,开展了弱反射光栅传感光缆的室内实验并将弱反射光栅实时监测系统应用于滑坡监测实验中。监测系统测得158#-161#区域的连续4个弱反射光栅变形累加达到61.91mm,表明系统能准确定位滑坡发生位移变化的位置及监测滑坡位移的大小,实现了对滑坡地质灾害体的高密度的自动化准分布式监测。     

基于侧边抛磨光纤布拉格光栅的变压器油中溶解氢气传感器

针对变压器油中溶解气体在线监测装置,常规取油样-油气分离-气体检测的模式存在操作繁琐、检测环节多、检测误差大、试验周期长等缺点。为此提出基于光纤布喇格光栅的油中溶解氢气传感器和检测方案。为了提高光纤光栅氢气传感的灵敏度,通过侧边抛磨增敏设计,采用轮式抛磨法对布喇格栅区的光纤进行抛磨,使用磁控溅射的方法在光纤表面溅射氢敏钯膜材料,制备侧边抛磨深度为20?m的光纤光栅氢气传感器。在实验室搭建油中氢气传感测试平台,开展多次溶解氢气传感灵敏度和重复性试验,测试灵敏度达到0.477?L/L,具有较高的重复性,可以满足实际变压器油中溶解氢气的传感需求。基于侧边抛磨的光纤布喇格光栅油中氢气传感器实现了变压器油中溶解气体的直接测量,为油中溶解氢气在线监测提供了一种传感思路和技术手段。