[實用新型]一種基于舞動試驗機的分布式光纖測振裝置

有效

• 申請號: 201720478394.0
• 申請日: 2017-05-03
• 公開（公告）號: CN206695898U
• 公開（公告）日: 2017-12-01
• 發明（設計）人: 魏建林;呂中賓;覃劍歡;謝凱;張博;董麗潔;錢詩林;張春雷
• 申請（專利權）人: 國網河南省電力公司電力科學研究院;北京銳科環宇科技有限公司;國家電網公司
• 主分類號: G01H9/00
• 分類號: G01H9/00
• 代理公司: 鄭州知己知識產權代理有限公司41132
• 代理人: 季發軍

技術領域

本實用新型涉及舞動監測領域，尤其涉及一種基于舞動試驗機的分布式光纖測振裝置。

背景技術

振動量測量在結構健康監測、電力、航空航天等領域具有非常高的應用價值，傳統的振動測量方法為電測量法，存在靈敏度低，體積大，安裝限制等問題，且傳統的振動測量只能進行點式測量。

分布式光纖傳感技術是指在光纖傳輸路徑上的外部信號通過一定的方法對光纖種的光波進行調試，以實現被測量對象的連續空間的實時測量。分布式光纖傳感器不僅具有普通光纖傳感器的全部優點，而且充分利用了光纖一維空間連續分布的特點，可以在整個傳感光纖長度上對沿光纖分布的環境參數進行多點或者連續測量。光纖同時具有導光介質和傳感元件的功能。相比于傳統的振動傳感器，光纖傳感器具有靈敏度高、動態范圍大、體積小、重量輕、不易受環境影響等特點，可進行全光纖的監控。

輸電線路舞動是不均勻覆冰導線在風激勵下產生的一種低頻率（0.1～5Hz）、大振幅（導線直徑的20～300倍）的自激振動。高壓輸電線路舞動能量大，持續時間長，易造成線路閃絡、跳閘、桿塔螺栓松動、脫落，嚴重時會發生金具及絕緣子損壞，導線斷股、斷線，甚至倒塔，導致重大電網事故。

發明內容

為了開展針對輸電線路的全分布式光纖測試，尤其是前期的舞動特征識別等數據積累階段，需要建設具備光纖的試驗線路，本實用新型的目的在于提供一種基于分布式光纖的舞動測振裝置和解調算法，利用室內舞動試驗進而模擬輸電線路的舞動。

為實現上述目的，本實用新型采用的技術方案如下：

一種基于舞動試驗機的分布式光纖測振裝置，用于模擬輸電線路的舞動，能夠實時監測線路中舞動的幅度、頻率和舞動位置，其特征在于，包括光路單元和電子學單元，所述光路單元將舞動線路上的光路進行調制，所述電子學單元將光路信息進行實時解調，所述測振裝置能夠及時獲得在各個舞動頻率下的實時數據并進行數據積累；所述光纖連續分布在線路中，實現被測量對象的連續空間的實時測量。

所述裝置采用具有窄線寬和低頻率漂移特性的相干光源。

所述裝置采用相位敏感的光時域反射型（Φ-OTDR）傳感器。

所述裝置能夠設置檔距，檔距中間直線塔位置能夠調整；耐張拉力、舞動頻率也能夠調整。

當所述線路某位置發生振動時，該位置處光的相位發生改變，返回的發生干涉的瑞利后向散射光光強因為相位的改變也發生改變，通過與未發生振動檢測到的信號進行比較，找出光強變化的時間對應振動的確切位置。

所述光路單元的光信號經過光電探測器模塊將光信號轉換為電信號，進入所述電子學單元，電子學單元的高速AD轉換單元采集所述光路信息，經過FPGA控制器，在FPGA控制器內經過解調算法的處理，將光纖中的振動信息進行提取，在人機界面上進行顯示和存儲。

所述光路單元包括：依次連接的窄線寬激光器、聲光調制器、摻鉺光纖放大器、環形器。

所述聲光調制器用于將所述窄線寬激光器發出的窄線寬激光，調制成重復頻率為f，脈寬為W的脈沖序列，經過所述摻鉺光纖放大器的功率放大后，經過所述環形器注入到傳感光纖。

所述光路單元還包括：依次連接的光纖干涉儀、光電探測器。

在前向脈沖光遍歷傳感光纖時，后向瑞利散射光逆著光傳播方向經所述環形器進入到所述光纖干涉儀中，經過所述光纖干涉儀的干涉調制，干涉信號經過所述光電探測器的光電轉換，進入到系統的解調儀，經過解調算法，解調出傳感光纖處的振動信息。

所述電子學單元包括：DIO接口、AD轉換單元、FPGA控制器、CPU單元和人機界面。

所述AD轉換單元采集光電探測器輸出的電壓信號，將其傳送給所述FPGA控制器，所述FPGA控制器根據自定義的解調算法，經過處理后得到所述舞動測振裝置中舞動線路的振動信息。

所述FPGA控制器內部的高速傳輸引擎將所述振動信息，通過PXIe總線傳送給CPU單元，進行數據的顯示、存儲操作。

所述DIO接口向所述光路單元提供驅動脈沖，對光路進行調制。

本實用新型的有益效果在于：本實用新型的室內舞動試驗機分布式光纖測振實時監測裝置能夠實時監測室內舞動試驗機試驗線路舞動狀態，可以及時獲得在各個舞動頻率下的實時數據并進行數據積累，為今后在室外真型試驗線路上的長距離監測做鋪墊，系統功能強大，既能對舞動狀態進行定性監測，也可對舞動線路進行舞動幅度頻率的定量監測，同時可以監測舞動試驗機常見的低頻舞動狀態；系統體積小，安裝方面，可直接放置在室內，通過簡單的操作即可進行設備的運行和監測。

附圖說明