【摘要】：隨著智能電網(wǎng)的逐步推進(jìn),我國大中城市輸配電網(wǎng)也在進(jìn)一步升級改造,逐步使用埋地電纜代替?zhèn)鹘y(tǒng)的架空輸電網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)電纜埋入地下時(shí),可能受到地面的沉降和腐蝕等環(huán)境影響,當(dāng)電纜出現(xiàn)故障時(shí)往往需要挖開整條線路以確定故障點(diǎn)的位置,不僅延誤故障搶修的時(shí)間,還消耗了大量的人力物力。光纖布拉格光柵(FBG)對溫度、應(yīng)變以及其它物理量有較好的敏感性,且與中心波長成良好的線性關(guān)系。同時(shí),抗電磁干擾性能良好,靈敏度高,易于在埋地電纜中布置成傳感網(wǎng)絡(luò),進(jìn)行遠(yuǎn)距離大范圍在線監(jiān)測。本文設(shè)計(jì)了一套基于FBG的埋地電纜故障檢測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以監(jiān)測埋地電纜,提高電纜供電的可靠性。本文依據(jù)光纖布拉格光柵的基礎(chǔ)理論,探究了FBG的基本結(jié)構(gòu)與傳感原理。從基本原理中定性分析了光纖布拉格光柵的中心波長與外界溫度、應(yīng)變之間的關(guān)系。研究了目前常用且相對成熟的FBG解調(diào)方法,根據(jù)埋地電纜的實(shí)際需求選擇基于可調(diào)諧光纖F-P濾波器的解調(diào)方法,并建立完整的解調(diào)系統(tǒng)。詳細(xì)分析了系統(tǒng)的各個(gè)組成部分,以及元件的特性參數(shù)。研究了可調(diào)諧光纖F-P濾波器的工作原理和其特性參數(shù),設(shè)計(jì)了適用于F-P濾波器的驅(qū)動信號放大電路。由實(shí)驗(yàn)得出掃描電壓與可調(diào)諧光纖F-P濾波器透射波長的關(guān)系曲線。對于系統(tǒng)軟件的總體設(shè)計(jì),重點(diǎn)設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集和信號處理方法,并對比了串行處理和并行處理方法,通過實(shí)驗(yàn)選擇并行處理方式,同時(shí)給出部分核心LabVIEW程序框圖。最后,針對埋地電纜的故障特點(diǎn),設(shè)計(jì)專門的FBG溫度、應(yīng)變傳感器,并通過實(shí)驗(yàn)測試傳感器的對溫度以及應(yīng)變的敏感度。
【圖文】：

圖 2-1 光纖布拉格光柵的基本結(jié)構(gòu)在纖芯中摻雜如鍺離子等雜質(zhì)，由于鍺離子的光敏特性，光纖中被紫外其折射率會發(fā)生改變，利用紫外光干涉條紋曝光，由此制作出折射率沿周期分布的光纖布拉格光柵。如果改變兩相干紫外光束的相對角度，光變，因此可以制作出不同的中心波長的 FBG[22]。 屬于反射型光柵，當(dāng)寬帶光經(jīng)光纖傳輸時(shí)，每兩個(gè)光柵之間形成窄帶的光柵處會被反射回來，不同柵距的反射光波波長肯定不一樣。如圖 2-2寬帶光、圖中(b)是反射光及發(fā)生漂移的反射光，圖中(c)是透射光。圖 2-2 FBG 入射、反射、透射光原理圖布拉格光柵的光柵方程為：eff n

1 光纖布拉格光柵的傳感原理由于 FBG 是埋地電纜解調(diào)系統(tǒng)中的核心傳感器，因此有必要對 FBG 的基本原理行細(xì)致的研究，在此基礎(chǔ)上，才能研發(fā)出適用于埋地電纜故障診斷系統(tǒng)的 FBG 傳感21]。FBG 的基本結(jié)構(gòu)示意圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 光纖布拉格光柵的基本結(jié)構(gòu)如果在纖芯中摻雜如鍺離子等雜質(zhì)，由于鍺離子的光敏特性，，光纖中被紫外光照的部分其折射率會發(fā)生改變，利用紫外光干涉條紋曝光，由此制作出折射率沿光纖芯軸向周期分布的光纖布拉格光柵。如果改變兩相干紫外光束的相對角度，光柵柵也會改變，因此可以制作出不同的中心波長的 FBG[22]。FBG 屬于反射型光柵，當(dāng)寬帶光經(jīng)光纖傳輸時(shí)，每兩個(gè)光柵之間形成窄帶的反射，光在光柵處會被反射回來，不同柵距的反射光波波長肯定不一樣。如圖 2-2 所示，中(a)是寬帶光、圖中(b)是反射光及發(fā)生漂移的反射光，圖中(c)是透射光。
【學(xué)位授予單位】：上海電力學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM75

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2538585