Page 45 - 电力与能源2022年第四期
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曾繁祎, 等: 基于光纤传感技术的输电线路在线监测技术 3 5
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算法将信息特征提取出来, 使用主成分分析法有 够通过被测信号直接或者间接地改变λ B 通过监
,
效降低特征量维度, 然后采用神经网络提升各种 测λ B 就能够完成对被测信号的实时监测。光纤
振动事件判断的准确率。人工神经网络与多源异 布拉格光栅如图 2 所示。
构数据融合技术的结合, 能够完善各种故障判定
算法模型, 提高故障定位准确性和各种故障类型
判断的准确率, 在运行的过程中不断地更新各个
特征 判 断 值 权 重, 建 设 输 电 线 路 智 能 故 障 诊 断
平台。
3.2 光纤光栅传感技术
光纤光栅传感技术是将光信号作为主要形式 图 2 光纤布拉格光栅
进行传播, 该技术不受电磁干扰, 有着较强的抗干 3.3 智能化光纤传感技术
扰能力。光纤光栅传 感器能够实现体积的最小 输电线路受到外力破坏可以采用振动监测传
化, 并且可以在无损的情况下对轨道交通结构进 感技术, 该技术包含了支撑梁、 悬臂梁、 质量块、 光
行合理布设。使用波长编码的方式, 能够实现准 纤光栅和壳体等内容。在传感器外壳上固定悬臂
分布式实时监测。光纤光栅传感技术还具有可靠 梁, 将悬臂梁与支撑梁固定在一块, 在支撑梁和外
性高、 精度高等方面的优势, 能够进行应变、 应力、 壳间固定光纤光栅, 给光纤光栅预应力, 使其封装
加速度、 位移以及温度等多种参量的监控。光纤 以后可以收缩与拉伸, 在悬臂梁末端增加质量块
光栅传感技术的反射波长对于应变、 温度等外界 提升监测的灵敏度。如果垂直方向产生振动, 质
环境有着较高的敏感度, 可以通过高分辨率对很 量快就会具备加速度, 从而带动支撑梁摆动, 从而
多物理参数进行测量。通过飞秒激光等技术, 能 压缩与拉伸光栅, 光栅波长会随之移动, 然后通过
够实现大批量、 低成本地生产光纤光栅传感器。 解调系统进行检测, 最终就可以获得加速度的数
通过激光扫描技术能够实现对相关信息的高 值, 从而检测微振信号。从解调方式上看, 能够使
精度监测。光纤光栅传感系统包含了两个主要部 用窄线宽分布式反馈激光器( DFB ) 作为光源, 把
分, 分别是光纤布拉格光栅( FBG ) 传感器与光谱 DFB 激光器波长放在光纤光栅放射谱斜边上, 如
解调仪。 FBG 为点式传感器, 为了能够检测大型 果光纤光栅接收到了外界振动信号, 反射波长会
被测物体受外界场的影响, 通常在被测物体内部 伴随着振动产生应变移动, 因为不同的波长处, 光
铺设多个 FBG , 这些传感器同时测量各测量点外 纤光栅放射率存在差异, 所以被光纤光栅反射后
界场, 能够完成准分布式传感。在输电线路上连 的激光器光强会伴随着光栅波长的移动而发生变
接多个波长不同的 FBG , 使用光开关切换光路, 化。在隧道周围地质结构因为自然因素或者人为
就能够实现复用, 组成多路 FBG 阵列。复用与级 因素产生变形或者是破裂的时候, 会产生微弱地
联都可以拓展传感覆盖范围。 震波, 并且不断地向周围扩散、 传播。通过周围位
光源发出的光通过耦合器射入到 FBG 时, 光 置不同的光纤检波器, 能够记录微地震波传播的
栅将反射其中以布拉 格波长为中心波长的窄谱 方向、 到达的时间以及地震波能量等相关信息。
分量: 利用波导气体传感器以及光纤光栅加速度计
λ B =2n eff Λ ( 2 ) 的输电线路多参量状态监测方案如图 3 所示。该
———光纤纤芯有效
式中 λ B ———布拉格波长; n eff 体系一共包含了监控主机与各种类型的传感器,
折射率; Λ ———光纤光栅周期。 利用输电线路中布置的用于监测积水、 隧道气体、
应变以及应力造成的光纤拉伸与压缩会造成 振动、 液位、 防火门以及井盖等多种形式的传感
光栅周期 Λ 产生变化, 弹光效应也会导致有效折 器, 监测主机能够实现多参量测量, 在监控中按照
射率n eff 随着应力的改变而改变。温度改变的时 监测主机实时测量数据, 最终完成分析、 监视与控
候热膨胀则会导致 Λ 发生改变, 热敏效应也会使 制等功能, 从而实现对隧道内空气、 安防以及外力
得n eff 伴随着温度的变化而变化, 最终造成λ B 的 破坏等的监测功能。
变化。当前, 各种形式的光纤光栅传感技术都能 ( 下转第 347 页)
