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高压线摆动 : 张力测量分析 & 加速度测量调研. 姓名:王红川 2011/11/30. Outline. 张力测量结果及分析 光纤加速度传感器 仪器、芯片、测量方案 认识. 张力测量以及分析. 张力测量结果及分析 光纤加速度传感器 仪器、芯片、测量方案 认识. 张力测量及分析. 实验 场景及设置. 分 组 实 验. 不管如何摆动,其张力变化是相对稳定的,频率范围 0.5Hz—1Hz. 杭州实验. 实 验 结 果. 张力可测,但只能测一维标量;摆动对张力影响不大;形变最大点输电线头尾和中间;张力最大头尾部(注).
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高压线摆动:张力测量分析&加速度测量调研 姓名:王红川 2011/11/30
Outline • 张力测量结果及分析 • 光纤加速度传感器 • 仪器、芯片、测量方案 • 认识
张力测量以及分析 • 张力测量结果及分析 • 光纤加速度传感器 • 仪器、芯片、测量方案 • 认识
张力测量及分析 实验场景及设置 分 组 实 验 不管如何摆动,其张力变化是相对稳定的,频率范围0.5Hz—1Hz 杭州实验 实 验 结 果 张力可测,但只能测一维标量;摆动对张力影响不大;形变最大点输电线头尾和中间;张力最大头尾部(注) 实 验 分 析 张力测位移方案困难大
光纤加速度传感器 • 张力测量结果及分析 • 光纤加速度传感器 • 仪器、芯片、测量方案 • 认识
光纤加速度传感器 光纤加速度传感器的分类 强度调制型 相位调制型 波长调制型 偏振态调制型 模式调制型
强度调制型 原理:由加速度引起位移变化,然后由位移变化反映到接收到的光纤强度的情况,以此来推断加速度。 特点:其测量精度易受光源光强波动的影响,干扰多。很难应用到高压线上。
相位调制型 原理:相位调制型加速度传感器常用弹性膜片或顺变柱体作为转换媒介,将加速度所致应变施加到传感光纤上,引起光纤中的光波产生相位变化,此相位变化即代表被测加速度值。代表:马赫-曾德尔(Mach-Zehnder)干涉仪法、迈克尔逊(Michelson)干涉仪法和法布里-珀罗(Fabry-Perot)干涉仪法 精度很大,设计很难。第二幅图利用互补推挽结构,得到的是差分,有较强的噪声抑制能力(温度等)。
波长调制型 最常用,技术相对来说较为成熟。 原理:加速度造成形变,将形变反映到波长的变化,由此得出。
波长调制型 悬臂梁模型: 北京科技大学机械工程学院;低频光纤光栅加速度传感器;北京科技大学学报 经受力分析,加速度的变化可反映到波长的变化上。 优点:1、可测加速度; 2、对光栅有保护作用 缺点:1、只能测一个方向 2、模块本身有重量(m=8.8g),会对输电线有影响 若要利用此种模型,输电线上安装两个维度即可,但担心其本身重量会影响其实际值。 悬臂梁设计易产生啁啾或多峰现象,致使测试不准,灵敏度低。(通常特点)
偏振态调制 原理:基于光弹效应的偏振型光纤加速度传感器。光源发出的光经过起偏器后变为线偏振光,其方向与加速度方向成45度夹角。线偏光经过光弹元件后成为椭圆偏振光。椭偏光的偏振态将随着外界加速度引起的双折射现象而改变,其主轴方向与被测加速度成线性关系。
模式调制型 原理:相干光源发出的光进入一段多模光纤,光纤中将有许多模式相互干涉,并在输出端产生一种随机的干涉图像,称为散斑。输出端的干涉图像对外界环境非常敏感,当有振动信号施加在多模光纤上时,将改变光纤中各模式之间的干涉,最终改变散斑的分布。通过测量散斑分变化情况(例如使用面接收光源),即可获知外界被测加速度信号。
仪器、芯片、测量方案 • 张力测量结果及分析 • 光纤加速度传感器 • 仪器、芯片、测量方案 • 认识
仪器 问题: 1、是否有重力加速度和温度补偿 2、灵敏系数能否检测到 重量和尺寸都可以
芯片 芯片设计原理及应用电路: MMA7260Q 重庆大学:基于加速度传感器的输电线舞动监测系统; 优点:重力加速度自补偿,三维测量。 不足:需供电,可能有干扰
测量方案 张力测量: 1、建模(找到映射关系) 2、测其他位置(e.g.接头部分) 3、多个一起用,看波长解析效果 如果可以,最好尽量能满足(加速度测量): 1、粘贴形式 2、重量尺寸轻 3、最好对把波长映射的范围更广(便于检测) 4、先测试下,验证一下可行性 光强度&相位测量: 起点太高。 解析仪、加速度光纤传感器、实验器材、场地
认识 • 张力测量结果及分析 • 光纤加速度传感器 • 仪器、芯片、测量方案 • 认识
认识 • 工程角度: 光纤加速度传感器研究的已经早有研究,IEEE也有很多文章,而且很多场合都已经进入实用(同济大学_桥梁山东大学 清华大学),但局限。 电域的电路、GPS、图像&视频技术较为成熟,但供电、干扰。具体成本不知道。 • 研究角度: 光学的加速度传感器从波长调制的角度看主要是封装的问题,理论创新不大;光强调制、相位调制还不是特别了解。
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