專利名稱：用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器的制作方法
技術領域：
本發明涉及光纖角度傳感器技術領域，具體涉及一種用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器。
背景技術：
高壓輸電線路桿塔的水平角度是反映桿塔運行狀態的一個重要指標。由于覆冰、導線舞動等影響，高壓輸電線路桿塔的倒塌事故時有發生。桿塔的水平角度測量對監測桿塔的健康狀態有重要的指示作用，因此，電力部門要求定期監測桿塔的水平角度。常規的高壓輸電線路桿塔水平角度的監測采用電類的角度傳感器，或由測試人員到塔下用專用設備對桿塔水平角度進行測量、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測方式往往存在易受高壓電場環境影響、易受氣候影響、精度差、浪費人力、不能實時監測等缺點。
發明內容
本發明的目的是針對上述技術問題，提供一種用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，該角度傳感器能實現高精度的桿塔水平角度測量，并且不受電場以及環境溫度的影響。為實現此目的，本發明所設計的用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，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、設置在傳感器封裝殼體左側并與擺錘一端對應的第一頂絲、設置在傳感器封裝殼體右側并與擺錘另一端對應的第二頂絲，其中，所述片狀擺臂的長度方向上貼合有應變檢測光纖布拉格光柵，所述應變檢測光纖布拉格光柵串聯有環境溫度檢測光纖布拉格光柵。所述第一頂絲與傳感器封裝殼體左側之間通過調節螺絲連接；所述第二頂絲與傳感器封裝殼體右側之間也通過調節螺絲連接。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，所述片狀擺臂的長度范圍為6.5 7.5cm。所述應變檢測光纖布拉格光柵中布拉格光柵的長度范圍為l 2cm。所述傳感器封裝殼體為長方體殼體。本發明使用先進的光纖光柵傳感技術，設計無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于傳統的電學類溫度傳感器件具有不受電磁干擾，無需供電，測量精度高，分辨率高，響應速度快的優點。本發明傳感器的平均無故障時間可長達15年，可長期應用于高溫、高濕及存在化學侵蝕的 惡劣環境。本發明的傳感器在使用時可利用光纖作為光傳感信號通道，可以實現與遠端設備之間的直連，解決了原有電類傳感器由于需要安裝供電設備所帶來的后期維護困難的技術問題。
另外，本發明的傳感器可以對桿塔的水平角度進行實時、在線監測，有助于防止導線舞動、覆冰引起的倒塔事故的發生，對電網的運行提供安全保障，也為國民經濟的發展和廣大人民群眾的生活質量提供保障。還可以準確的監測到人工測量方法很難或不能測量的桿塔頂部水平角度變化，解決了人工測量方法帶來的各種問題。本發明利用布拉格光柵檢測無源桿塔水平角度的原理為:光纖傳感技術是伴隨著光導纖維及光纖通信技術發展而迅速發展起來的一種以光為載體、光纖為媒質、感知和傳輸外界信號的新型傳感技術。本發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形成空間相位光柵，根據外界物理參量對反射布拉格光柵中心波長的影響來反向檢測外界物理值。對布拉格光柵中心波長有影響的物理量有兩種:溫度和應力。并且，布拉格光柵中心波長的變化與溫度和應力呈線性關系，由于光纖本身的絕緣性，光信號不易受電磁環境影響，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測桿塔水平角度變化，以一個處于自由態的光柵做溫度補償可以提高角度監測的精度。
圖1為本發明的結構示意圖；圖2為本發明安裝結構示意圖。其中，I一擺銀、2—第一頂絲、3—片狀擺臂、4一基板、5—環境溫度檢測光纖布拉格光柵、6—傳感器封裝殼體、7—第二頂絲、8—應變檢測光纖布拉格光柵、9 一調節螺絲。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳細說明:如圖1所示的用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，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、設置在傳感器封裝殼體6左側并與擺錘I 一端對應的第一頂絲2、設置在傳感器封裝殼體6右側并與擺錘I另一端對應的第二頂絲7，其中，片狀擺臂3的長度方向上貼合有應變檢測光纖布拉格光柵8,應變檢測光纖布拉格光柵8串聯有環境溫度檢測光纖布拉格光柵5。上述第一頂絲2和第二頂絲7的設計精度必須保證其作用于擺錘I上的左右位置對稱，這樣在安裝水平調試時才能保證初始水平位置的精度以及應變光柵的預應力最小，發生水平角度變化時，片狀擺臂3在設計方向有彎曲，這樣通過應變檢測光纖布拉格光柵8才能得到測量方向的水平角度變化量。環境溫度檢測光纖布拉格光柵5用于檢測實時傳感器內的環境溫度變化，減少環境溫度變化帶來的角度檢測誤差。上述技術方案中，環境溫度檢測光纖布拉格光柵5在傳感器封裝殼體6內為自由態。上述技術方案中，必須保證應變檢測光纖布拉格光柵8粘接方向與片狀擺臂3平行，并且固定的各點預應力一致，光柵布纖的過程中要保證最小的彎曲半徑。上述技術方案中，第一頂絲2與傳感器封裝殼體6左側之間通過調節螺絲9連接；第二頂絲7與傳感器封裝殼體6右側之間也通過調節螺絲9連接。通過調節螺絲9實現頂絲的運動，初始狀態下第一頂絲2和第二頂絲7夾緊擺錘1，使擺錘I不能晃動，安裝完成后將第一頂絲2和第二頂絲7松開，使擺錘I可以在小范圍內晃動。上述技術方案中，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的長度范圍為6.5^7.5 cm。上述片狀擺臂3的結構形式能更加準確的應該桿塔發生的角度變化，有利于提高桿塔角度檢測的靈敏性，很細微的桿塔角度改變都能通過上述片狀擺臂3反應出來。上述技術方案中，所述應變檢測光纖布拉格光柵8中布拉格光柵的長度范圍為Γ2οπι0該設計有利于提高桿塔角度檢測的準確性。上述技術方案中，傳感器封裝殼體6為長方體殼體。本發明使用時將傳感器外部封裝成長方體，兩個傳感器組合使用，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的幾何中心處，測量X、y兩個方向的水平角度。上述技術方案中，傳感器的感應信號通過串聯的應變檢測光纖布拉格光柵8和環境溫度檢測光纖布拉格光柵5傳遞給外接處理器。本發明的角度測量過程為:一個角度傳感器可以測量一個方向的角度變化，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，安裝完成后將第一頂絲2和第二頂絲7松開，使擺錘I可以在小范圍內晃動。當安裝的底板發生水平角度變化時，擺錘I向一個方向擺動，片狀擺臂3發生彎曲，片狀擺臂3上的應變檢測光纖布拉格光柵8拉伸或壓縮，通過外接處理器可以計算波長變化量，再減去環境溫度檢測光纖布拉格光柵5的波長變化量，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。在桿塔橫擔安裝水平角度傳感器，可以通過光纖在·遠端實現桿塔水平角度的實時監測。本說明書未作詳細描述的內容屬于本領域專業技術人員公知的現有技術。
權利要求
1.一種用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，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)、設置在傳感器封裝殼體(6)左側并與擺錘(I) 一端對應的第一頂絲(2)、設置在傳感器封裝殼體(6)右側并與擺錘(I)另一端對應的第二頂絲(7)，其中，所述片狀擺臂(3)的長度方向上貼合有應變檢測光纖布拉格光柵(8 ),所述應變檢測光纖布拉格光柵(8 )串聯有環境溫度檢測光纖布拉格光柵(5 )。
2.根據權利要求1所述的用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，其特征在于:所述第一頂絲(2)與傳感器封裝殼體(6)左側之間通過調節螺絲(9)連接；所述第二頂絲(7)與傳感器封裝殼體(6)右側之間也通過調節螺絲(9)連接。
3.根據權利要求1所述的用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，其特征在于:所述片狀擺臂(3)為彈簧鋼片狀擺臂。
4.根據權利要求1所述的用于桿塔水 平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，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)的長度范圍為6.5 7.5 cm。
5.根據權利要求1所述的用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，其特征在于:所述應變檢測光纖布拉格光柵(8)中布拉格光柵的長度范圍為l 2cm。
6.根據權利要求1所述的用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，其特征在于:所述傳感器封裝殼體(6)為長方體殼體。
全文摘要
本發明公開了一種用于桿塔水平角度測量的帶溫度補償光纖角度傳感器，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、設置在傳感器封裝殼體左側并與擺錘一端對應的第一頂絲、設置在傳感器封裝殼體右側并與擺錘另一端對應的第二頂絲，其中，所述片狀擺臂的長度方向上貼合有應變檢測光纖布拉格光柵，所述應變檢測光纖布拉格光柵串聯有環境溫度檢測光纖布拉格光柵。本發明能實現高精度的桿塔水平角度測量，并且不受電場以及環境溫度的影響。
文檔編號G01B11/26GK103245304SQ20131013493
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月18日 優先權日2013年4月18日
發明者姜國義, 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, 覃兆宇, 柯磊, 王磊, 吳春久 申請人:國家電網公司, 內蒙古東部電力有限公司, 國網電力科學研究院武漢南瑞有限責任公司
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