專利名稱：鴨嘴式橫擔(dān)主材受力形變的光纖Bragg光柵測量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明專利具體涉及電力鐵塔橫擔(dān)的應(yīng)力應(yīng)變測量方法，特別是一種鴨嘴式橫擔(dān)
主材受力形變的測量方法，屬光電子測量技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
橫擔(dān)是鐵塔、電線桿等的頂部橫向固定的角鐵，常用鋼結(jié)構(gòu)做成平面桁架式，用穿 釘固定在主塔、主桿上，加上柔性吊桿以減輕橫擔(dān)在導(dǎo)線掛線處承受的荷載。橫擔(dān)的主要作 用是安裝絕緣子及金屬構(gòu)件，以支承導(dǎo)線、避雷線，并使之按規(guī)定保持一定的安全距離。由 于覆冰等自然災(zāi)害的不利因素，橫擔(dān)的應(yīng)力會(huì)加大，可能會(huì)造成橫擔(dān)壓壞(橫擔(dān)的主材或 斜材發(fā)生受壓屈曲破壞，導(dǎo)致整個(gè)橫擔(dān)被破壞)、橫擔(dān)拉壞(橫擔(dān)桿件發(fā)生拉、壓破壞，導(dǎo)致 橫擔(dān)折斷)、橫擔(dān)扭壞(造成橫擔(dān)破壞，脫落)等現(xiàn)象。 與本測量方法最接近的監(jiān)測系統(tǒng)是一種輸電線路桿塔傾斜監(jiān)測系統(tǒng)(參見文獻(xiàn) 馬維青，"輸電線路鐵塔傾斜智能監(jiān)測系統(tǒng)的研究"，《山西電力》，2008年10月，第5期，總 第149期)。該方案涉及通過雙軸傾角傳感器獲取橫擔(dān)在順線路和橫線路2個(gè)方向的傾斜 角數(shù)據(jù)，目前的雙軸傾角傳感器多采用電測量方式。因?yàn)闄M擔(dān)的受力非常復(fù)雜，橫擔(dān)的應(yīng)力 應(yīng)變跟傾角不完全是簡單的對應(yīng)關(guān)系，所以該技術(shù)不能反映橫擔(dān)的健康狀況，更不能實(shí)現(xiàn) 實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明專利的目的是提供一種鴨嘴式橫擔(dān)主材受力形變的光纖Bragg光柵測量
方法，其測量準(zhǔn)確，更能反映橫擔(dān)的復(fù)雜受力情況，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明專利目的所采取的技術(shù)方案是將光纖Bragg光柵粘貼在橫擔(dān)的各根
主材上，將橫擔(dān)各根主材的線應(yīng)變轉(zhuǎn)換成光纖Bragg光柵的波長移位，光纖Bragg光柵通過
光纖與信號處理裝置連接，利用信號處理裝置的解調(diào)儀得出光纖Bragg光柵中心波長的移位值。 本發(fā)明所述的光纖Bragg光柵的最佳粘貼位置是在兩側(cè)橫擔(dān)的各四根主材下方
的l/2處，這樣既可以防止自然天氣對光纖Bragg光柵的影B向，同時(shí)又可以獲得較準(zhǔn)確的光
纖Bragg光柵的波長移位值。 本發(fā)明專利的數(shù)學(xué)模型如下 根據(jù)結(jié)構(gòu)力學(xué)橫擔(dān)主材的內(nèi)力計(jì)算式為
n ^ G7， FTe /， FT/，
(1) 式中，e為掛線點(diǎn)C至懸點(diǎn)D的豎向距離，G為豎向荷載，F(xiàn)T為張力，^為橫擔(dān)下平 面主材長度，12為橫擔(dān)上平面主材長度，h為橫擔(dān)高度，b為橫擔(dān)寬度。根據(jù)胡克定律
3<formula>formula see original document page 4</formula>
五
式中，E為橫擔(dān)鋼材的Young' s模j 又根據(jù)正應(yīng)力的計(jì)算公式
(2)
;o為正應(yīng)力。
式中，F(xiàn)N為軸力；A為橫擔(dān)截面面積c
將(3)式代入(2)式得
f =
4 J五
(3)
(4) 光纖光柵均勻軸向應(yīng)變引起的波長移位為
A A = A (1—Pe) e (5) 式中，A A為光纖Bragg光柵的波長移位；A為中心波長；pe為有效彈光系數(shù)；e 為軸向應(yīng)變。
將(4)式代入(5)式得
_(—…i + J r"i畫
j五2/z
i +尸,A
26
F7./2
j五2/z M
(G/2
(7)
J五2/z Z)/z 26
將式(7)改寫為矩陣形式
)(1 —
—i
AW五
AW五
2/7
/2
_ 2/7
"2 1、
丄(一 + —) 6 /z 2
^」) "2
V +丄) 6、 2
根據(jù)線性代數(shù)的最小二乘法
ATAX = ATB (9)
(8)
4
式中，
<formula>formula see original document page 5</formula>
則X可表示為 X = (ATA) —
<formula>formula see original document page 5</formula>
<formula>formula see original document page 5</formula> 本發(fā)明專利的有益效果是 實(shí)現(xiàn)了橫擔(dān)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，本測量方法直接將光纖Bragg光柵粘貼在橫擔(dān)的各 根主材上，通過把橫擔(dān)各主材受力產(chǎn)生的撓度變化轉(zhuǎn)換成對光纖Bragg光柵的中心波長移 位的測量來對橫擔(dān)的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測，因此本方法的測量更準(zhǔn)確，測到的各項(xiàng)數(shù)值 更能反映橫擔(dān)的健康狀況。


圖1為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)和傳感器布置圖。 圖2為本發(fā)明的鴨嘴橫擔(dān)及光纖Bragg光柵傳感器布置詳圖。 圖中各標(biāo)號表示為上下曲臂1，絕緣子2，導(dǎo)線3，光纖Bragg光柵4，懸掛導(dǎo)線橫
擔(dān)5，橫擔(dān)主材6，懸掛地線頂架7。
具體實(shí)施例方式
1.橫擔(dān)尺寸選擇Q235鋼材為橫擔(dān)主材，下平面主材長度L = 1500mm，上平面主
材長度/7 =^xl03 mm，橫擔(dān)高度h = 250mm，橫擔(dān)寬度b = 125mm，截面積A = 375mm2， 2 4
掛線點(diǎn)至懸點(diǎn)的豎向距離e = 500mm 2.橫擔(dān)材料參數(shù)為Q235鋼材的Young' s模量為E = 206GPa 3.光纖Bragg光柵的技術(shù)參數(shù)為中心波長入工=1547. OOOnm，入2 = 1550. OOOnm，入3 = 1553. OOOnm， A 4 = 1556. OOOnm，有效彈-光系數(shù)pe = 0. 22
4.按附圖1配置實(shí)驗(yàn) 5.用光纖光柵分析儀獲取光纖Bragg光柵的中心波長 6.將已知量代入式(ll)，則橫擔(dān)主材受力與安裝在橫擔(dān)各主材的光纖Bragg光柵 的中心波長移位的關(guān)系為<formula>formula see original document page 6</formula>
權(quán)利要求
一種鴨嘴式橫擔(dān)主材受力形變的光纖Bragg光柵測量方法，其特征是將光纖Bragg光柵粘貼在橫擔(dān)的各根主材上，將橫擔(dān)各根主材的線應(yīng)變轉(zhuǎn)換成光纖Bragg光柵的波長移位，光纖Bragg光柵通過光纖與信號處理裝置連接，利用信號處理裝置的解調(diào)儀得出光纖Bragg光柵中心波長的移位值。
2. 按照權(quán)利要求1所述的鴨嘴式橫擔(dān)主材受力形變的光纖Bragg光柵測量方法，其特 征是在兩側(cè)橫擔(dān)的各四根主材下方的1/2處粘貼光纖Bragg光柵。
全文摘要
本發(fā)明具體涉及電力鐵塔橫擔(dān)的應(yīng)力應(yīng)變測量方法，特別是一種鴨嘴式橫擔(dān)主材受力形變的測量方法，屬光電子測量技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法是將光纖Bragg光柵粘貼在橫擔(dān)的各根主材上，將橫擔(dān)各根主材的線應(yīng)變轉(zhuǎn)換成光纖Bragg光柵的波長移位，光纖Bragg光柵通過光纖與信號處理裝置連接，利用信號處理裝置的解調(diào)儀得出光纖Bragg光柵中心波長的移位值。本發(fā)明測量方法準(zhǔn)確、可靠，更能反映橫擔(dān)的復(fù)雜受力情況，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測。
文檔編號G01B11/16GK101793503SQ20101013249
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月26日
發(fā)明者于亞紅, 李川, 李建發(fā), 王達(dá)達(dá) 申請人:昆明理工大學(xué);云南電力試驗(yàn)研究院(集團(tuán))有限公司