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專利名稱：用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光纖角度傳感器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器。
背景技術(shù)：
高壓輸電線路桿塔的水平角度是反映桿塔運(yùn)行狀態(tài)的一個(gè)重要指標(biāo)。由于覆冰、導(dǎo)線舞動(dòng)等影響，高壓輸電線路桿塔的倒塌事故時(shí)有發(fā)生。桿塔的水平角度測(cè)量對(duì)監(jiān)測(cè)桿塔的健康狀態(tài)有重要的指示作用，因此，電力部門要求定期監(jiān)測(cè)桿塔的水平角度。常規(guī)的高壓輸電線路桿塔水平角度的監(jiān)測(cè)采用電類的角度傳感器，或由測(cè)試人員到塔下用專用設(shè)備對(duì)桿塔水平角度進(jìn)行測(cè)量、記錄，然后分析桿塔的水平角度。上述高壓輸電線路桿塔水平角度的監(jiān)測(cè)方式往往存在易受高壓電場(chǎng)環(huán)境影響、易受氣候影響、精度差、浪費(fèi)人力、不能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，該角度傳感器能實(shí)現(xiàn)高精度的桿塔水平角度測(cè)量，并且不受電場(chǎng)以及環(huán)境溫度的影響。為實(shí)現(xiàn)此目的，本發(fā)明所設(shè)計(jì)的用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:它包括傳感器封裝殼體、固定連接在傳感器封裝殼體頂部的基板、一端固定在基板上的片狀擺臂、固定在片狀擺臂另一端的擺錘、設(shè)置在傳感器封裝殼體左側(cè)并與擺錘一端對(duì)應(yīng)的第一頂絲、設(shè)置在傳感器封裝殼體右側(cè)并與擺錘另一端對(duì)應(yīng)的第二頂絲，其中，所述片狀擺臂的長(zhǎng)度方向上貼合有應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵，所述應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵串聯(lián)有環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵。所述第一頂絲與傳感器封裝殼體左側(cè)之間通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲連接；所述第二頂絲與傳感器封裝殼體右側(cè)之間也通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲連接。所述片狀擺臂為彈簧鋼片狀擺臂。所述片狀擺臂的厚度范圍為0.8 1.2 mm，所述片狀擺臂的長(zhǎng)度范圍為6.5 7.5cm。所述應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵中布拉格光柵的長(zhǎng)度范圍為l 2cm。所述傳感器封裝殼體為長(zhǎng)方體殼體。本發(fā)明使用先進(jìn)的光纖光柵傳感技術(shù)，設(shè)計(jì)無(wú)源桿塔水平角度傳感器。在高壓桿塔上光纖光柵溫度傳感器相對(duì)于傳統(tǒng)的電學(xué)類溫度傳感器件具有不受電磁干擾，無(wú)需供電，測(cè)量精度高，分辨率高，響應(yīng)速度快的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明傳感器的平均無(wú)故障時(shí)間可長(zhǎng)達(dá)15年，可長(zhǎng)期應(yīng)用于高溫、高濕及存在化學(xué)侵蝕的 惡劣環(huán)境。本發(fā)明的傳感器在使用時(shí)可利用光纖作為光傳感信號(hào)通道，可以實(shí)現(xiàn)與遠(yuǎn)端設(shè)備之間的直連，解決了原有電類傳感器由于需要安裝供電設(shè)備所帶來(lái)的后期維護(hù)困難的技術(shù)問(wèn)題。
另外，本發(fā)明的傳感器可以對(duì)桿塔的水平角度進(jìn)行實(shí)時(shí)、在線監(jiān)測(cè)，有助于防止導(dǎo)線舞動(dòng)、覆冰引起的倒塔事故的發(fā)生，對(duì)電網(wǎng)的運(yùn)行提供安全保障，也為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和廣大人民群眾的生活質(zhì)量提供保障。還可以準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)到人工測(cè)量方法很難或不能測(cè)量的桿塔頂部水平角度變化，解決了人工測(cè)量方法帶來(lái)的各種問(wèn)題。本發(fā)明利用布拉格光柵檢測(cè)無(wú)源桿塔水平角度的原理為:光纖傳感技術(shù)是伴隨著光導(dǎo)纖維及光纖通信技術(shù)發(fā)展而迅速發(fā)展起來(lái)的一種以光為載體、光纖為媒質(zhì)、感知和傳輸外界信號(hào)的新型傳感技術(shù)。本發(fā)明是利用布拉格光柵作為敏感元件的功能型光纖傳感器，其傳感原理是利用光纖材料的光敏性，用紫外光的空間干涉條紋在纖芯內(nèi)形成空間相位光柵，根據(jù)外界物理參量對(duì)反射布拉格光柵中心波長(zhǎng)的影響來(lái)反向檢測(cè)外界物理值。對(duì)布拉格光柵中心波長(zhǎng)有影響的物理量有兩種:溫度和應(yīng)力。并且，布拉格光柵中心波長(zhǎng)的變化與溫度和應(yīng)力呈線性關(guān)系，由于光纖本身的絕緣性，光信號(hào)不易受電磁環(huán)境影響，所以將光纖布拉格光柵封裝 成水平角度傳感器可以用于監(jiān)測(cè)桿塔水平角度變化，以一個(gè)處于自由態(tài)的光柵做溫度補(bǔ)償可以提高角度監(jiān)測(cè)的精度。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明安裝結(jié)構(gòu)示意圖。其中，I一擺銀、2—第一頂絲、3—片狀擺臂、4一基板、5—環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵、6—傳感器封裝殼體、7—第二頂絲、8—應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵、9 一調(diào)節(jié)螺絲。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明:如圖1所示的用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，它包括傳感器封裝殼體6、固定連接在傳感器封裝殼體6頂部的基板4、一端固定在基板4上的片狀擺臂3、固定在片狀擺臂3另一端的擺錘1、設(shè)置在傳感器封裝殼體6左側(cè)并與擺錘I 一端對(duì)應(yīng)的第一頂絲2、設(shè)置在傳感器封裝殼體6右側(cè)并與擺錘I另一端對(duì)應(yīng)的第二頂絲7，其中，片狀擺臂3的長(zhǎng)度方向上貼合有應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8,應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8串聯(lián)有環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵5。上述第一頂絲2和第二頂絲7的設(shè)計(jì)精度必須保證其作用于擺錘I上的左右位置對(duì)稱，這樣在安裝水平調(diào)試時(shí)才能保證初始水平位置的精度以及應(yīng)變光柵的預(yù)應(yīng)力最小，發(fā)生水平角度變化時(shí)，片狀擺臂3在設(shè)計(jì)方向有彎曲，這樣通過(guò)應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8才能得到測(cè)量方向的水平角度變化量。環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵5用于檢測(cè)實(shí)時(shí)傳感器內(nèi)的環(huán)境溫度變化，減少環(huán)境溫度變化帶來(lái)的角度檢測(cè)誤差。上述技術(shù)方案中，環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵5在傳感器封裝殼體6內(nèi)為自由態(tài)。上述技術(shù)方案中，必須保證應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8粘接方向與片狀擺臂3平行，并且固定的各點(diǎn)預(yù)應(yīng)力一致，光柵布纖的過(guò)程中要保證最小的彎曲半徑。上述技術(shù)方案中，第一頂絲2與傳感器封裝殼體6左側(cè)之間通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲9連接；第二頂絲7與傳感器封裝殼體6右側(cè)之間也通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲9連接。通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲9實(shí)現(xiàn)頂絲的運(yùn)動(dòng)，初始狀態(tài)下第一頂絲2和第二頂絲7夾緊擺錘1，使擺錘I不能晃動(dòng)，安裝完成后將第一頂絲2和第二頂絲7松開，使擺錘I可以在小范圍內(nèi)晃動(dòng)。上述技術(shù)方案中，片狀擺臂3為彈簧鋼片狀擺臂。片狀擺臂3的厚度范圍為
0.8^1.2 mm，片狀擺臂3的長(zhǎng)度范圍為6.5^7.5 cm。上述片狀擺臂3的結(jié)構(gòu)形式能更加準(zhǔn)確的應(yīng)該桿塔發(fā)生的角度變化，有利于提高桿塔角度檢測(cè)的靈敏性，很細(xì)微的桿塔角度改變都能通過(guò)上述片狀擺臂3反應(yīng)出來(lái)。上述技術(shù)方案中，所述應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8中布拉格光柵的長(zhǎng)度范圍為Γ2οπι0該設(shè)計(jì)有利于提高桿塔角度檢測(cè)的準(zhǔn)確性。上述技術(shù)方案中，傳感器封裝殼體6為長(zhǎng)方體殼體。本發(fā)明使用時(shí)將傳感器外部封裝成長(zhǎng)方體，兩個(gè)傳感器組合使用，相互垂直固定在底板上如圖2所示，將底板安裝于桿塔橫擔(dān)的幾何中心處，測(cè)量X、y兩個(gè)方向的水平角度。上述技術(shù)方案中，傳感器的感應(yīng)信號(hào)通過(guò)串聯(lián)的應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8和環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵5傳遞給外接處理器。本發(fā)明的角度測(cè)量過(guò)程為:一個(gè)角度傳感器可以測(cè)量一個(gè)方向的角度變化，安裝前將第一頂絲2和第二頂絲7扭到底，使擺錘I不能晃動(dòng)，安裝完成后將第一頂絲2和第二頂絲7松開，使擺錘I可以在小范圍內(nèi)晃動(dòng)。當(dāng)安裝的底板發(fā)生水平角度變化時(shí)，擺錘I向一個(gè)方向擺動(dòng)，片狀擺臂3發(fā)生彎曲，片狀擺臂3上的應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵8拉伸或壓縮，通過(guò)外接處理器可以計(jì)算波長(zhǎng)變化量，再減去環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵5的波長(zhǎng)變化量，即可在外接處理器中算出傳感器代表的方向水平變化角度。在桿塔橫擔(dān)安裝水平角度傳感器，可以通過(guò)光纖在·遠(yuǎn)端實(shí)現(xiàn)桿塔水平角度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。本說(shuō)明書未作詳細(xì)描述的內(nèi)容屬于本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
權(quán)利要求
1.一種用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:它包括傳感器封裝殼體(6 )、固定連接在傳感器封裝殼體(6 )頂部的基板(4 )、一端固定在基板(4 )上的片狀擺臂(3)、固定在片狀擺臂(3)另一端的擺錘(I)、設(shè)置在傳感器封裝殼體(6)左側(cè)并與擺錘(I) 一端對(duì)應(yīng)的第一頂絲(2)、設(shè)置在傳感器封裝殼體(6)右側(cè)并與擺錘(I)另一端對(duì)應(yīng)的第二頂絲(7)，其中，所述片狀擺臂(3)的長(zhǎng)度方向上貼合有應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵(8 ),所述應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵(8 )串聯(lián)有環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵(5 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:所述第一頂絲(2)與傳感器封裝殼體(6)左側(cè)之間通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲(9)連接；所述第二頂絲(7)與傳感器封裝殼體(6)右側(cè)之間也通過(guò)調(diào)節(jié)螺絲(9)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:所述片狀擺臂(3)為彈簧鋼片狀擺臂。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于桿塔水 平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:所述片狀擺臂(3)的厚度范圍為0.fl.2 mm，所述片狀擺臂(3)的長(zhǎng)度范圍為6.5 7.5 cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:所述應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵(8)中布拉格光柵的長(zhǎng)度范圍為l 2cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，其特征在于:所述傳感器封裝殼體(6)為長(zhǎng)方體殼體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于桿塔水平角度測(cè)量的帶溫度補(bǔ)償光纖角度傳感器，它包括傳感器封裝殼體、固定連接在傳感器封裝殼體頂部的基板、一端固定在基板上的片狀擺臂、固定在片狀擺臂另一端的擺錘、設(shè)置在傳感器封裝殼體左側(cè)并與擺錘一端對(duì)應(yīng)的第一頂絲、設(shè)置在傳感器封裝殼體右側(cè)并與擺錘另一端對(duì)應(yīng)的第二頂絲，其中，所述片狀擺臂的長(zhǎng)度方向上貼合有應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵，所述應(yīng)變檢測(cè)光纖布拉格光柵串聯(lián)有環(huán)境溫度檢測(cè)光纖布拉格光柵。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高精度的桿塔水平角度測(cè)量，并且不受電場(chǎng)以及環(huán)境溫度的影響。
文檔編號(hào)G01B11/26GK103245304SQ20131013493
公開日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者姜國(guó)義, 周巖, 劉海波, 李文鵬, 楊志華, 孟輝, 華亮亮, 王軍, 陳勇, 王龍華, 錢進(jìn), 覃兆宇, 柯磊, 王磊, 吳春久 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 內(nèi)蒙古東部電力有限公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司