[發明專利]光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統及裂紋識別方法

有效

• 申請號: 202110566548.2
• 申請日: 2021-05-24
• 公開（公告）號: CN113405898B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 郝艷捧;曹航宇;張智敏;韋杰;陽林
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G01N3/06
• 分類號: G01N3/06;G01N3/08;G01N3/56;G01N17/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

1.光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，其特征在于，包括用于盛放腐蝕介質的盛酸容器(1)、臥式拉力機(2)、光纖光柵解調儀(3)、計算機(4)和光纖復合絕緣子(5)，

光纖復合絕緣子(5)包括芯棒(51)、設置在芯棒(51)兩端的金具以及設置在芯棒(51)表面的至少兩根光纖(52)，且每根光纖(52)均與光纖光柵解調儀(3)連接，光纖光柵解調儀(3)通過網線與計算機(4)連接；

光纖復合絕緣子(5)通過兩端的金具固定在臥式拉力機(2)上，且盛酸容器(1)用于給芯棒(51)提供應力腐蝕條件，每根光纖(52)上相對于盛酸容器(1)的位置上設置有用于獲取波長偏移量以判斷脆斷的光纖布拉格光柵(7)。

2.根據權利要求1所述的光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，其特征在于，盛酸容器(1)用于盛放硝酸溶液。

3.根據權利要求1所述的光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，其特征在于，每根所述光纖(52)粘貼固定在所述芯棒(51)表面上。

4.根據權利要求1所述的光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，其特征在于，每根光纖(52)上相對于盛酸容器(1)的位置上設置的光纖布拉格光柵(7)有3～5個。

5.根據權利要求1-4任一所述的光纖光柵監測復合絕緣子脆斷系統，其特征在于，所述光纖(52)有三根，三根光纖沿復合絕緣子中心軸呈120°周向均勻分布在芯棒(51)表面。

6.一種復合絕緣子脆斷過程裂紋識別方法，其特征在于，采用權利要求1-5任一所述的系統，所述方法包括以下步驟：

將光纖復合絕緣子(5)的芯棒(51)浸泡在盛酸容器(1)中，并在臥式拉力機(2)的作用下進行應力腐蝕實驗；

光纖(52)上設置的光纖布拉格光柵(7)監測光纖復合絕緣子(5)的脆斷過程，獲取波長偏移量；

將獲取的波長偏移趨勢與軸截面裂紋的光柵波長偏移識別力學模型進行對比，獲取裂紋的位置與嚴重程度；

其中，光柵波長偏移識別力學模型包括7個階段，當芯棒表面裂紋起裂時有纖維斷裂，受力的橫截面積減小，此時橫截面的外加軸力基本不變，裂紋處的應力增大，光柵波長偏移量增大，定義為階段Ⅰ；當裂紋微小時，微裂紋中心軸線對稱處的應力變化較小，波長偏移量基本不變，定義為階段Ⅱ；當芯棒表面的裂紋發展到一定深度時有大量纖維斷裂，受力面積減小，其產生位移使得對橫截面的外加軸力減小，但是面積減小速率小于外加軸力減小速率，裂紋處的應力開始減小，波長偏移量減小，定義為階段Ⅲ；與此同時芯棒軸向受力開始出現傾斜，裂紋的中心軸線對稱位置出現擠壓應力，裂紋越大、越深芯棒受力越傾斜，擠壓應力就越大，在橫截面外加軸力下的綜合拉應力越小，波長偏移量減小，定義為階段Ⅳ；裂紋發展到一定深度時芯棒拉伸位移增加，裂紋所在整個軸向的軸力開始減小，軸向上的光柵的波長偏移量開始減小，定義為階段V；而處于裂紋中心軸線對稱位置因為擠壓力的增大，在橫截面軸力下的綜合拉應力對應減小，波長偏移量繼續減小，定義為階段Ⅵ；在脆斷的最后階段，位于裂紋中心軸線對稱的軸向不受裂紋軸截面影響區域的光纖布拉格光柵，因為橫截面的軸向受力面積減小，橫截面軸力也在減小，但是面積減小速率大于力減小速率，導致應力增大，波長偏移量增大，定義為階段Ⅶ。

7.根據權利要求6所述的一種復合絕緣子脆斷過程裂紋識別方法，其特征在于，所述光柵波長偏移識別力學模型是基于芯棒裂紋發展過程的應力分布分析和光纖布拉格光柵的應變波長偏移原理得到的。

8.根據權利要求6所述的一種復合絕緣子脆斷過程裂紋識別方法，其特征在于，光纖布拉格光柵(7)與芯棒表面裂紋(6)的相對位置包括四種情況：光纖布拉格光柵(7)分別位于裂紋上或裂紋尖端附近(71)、裂紋所在軸截面的中心軸線對稱點(72)、裂紋所在芯棒軸向的附近(73)和裂紋中心軸線對稱的軸向且不受裂紋軸截面影響區域(74)。