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      內容標題

      EFT-ST電力(通信)鐵塔監測概述
      通信鐵塔的設計使用年限一般在50年左右,當鐵塔鋼結構構件出現銹蝕,連接節點出現松動或基礎混凝土因使用時間過長而碳化后,將會對鐵塔的耐久性造成嚴重影響,甚至造成無法修復的破壞,比如倒塌、折斷、嚴重傾斜等,不僅會對日常通訊造成影響,還可能會造成人身傷害。
      因此,運用先進的光纖傳感技術和數據傳輸技術、軟件智能損傷識別和自動報警技術對通信鐵塔運行狀態進行在線監測,可有效把握通信鐵塔整體健康狀態,實現狀態檢修和事故預防的雙重目的,具有明顯的工程效益、經濟和社會效益。
      考慮到電力(通信)鐵塔所處野外周圍環境的特殊性,本方案中,采用耐久性良好、電磁免疫、抗雷擊、適合遠距離傳輸的光纖傳感器進行結構應力變形、溫度、振動、傾角等物理量的采集,并直接以光信號方式進行遠距離傳輸。
      光纖光柵是20世紀90年代以來國際上新興的一種在光纖通信、光纖傳感等光電子處理領域有著廣泛應用前景的基礎性光纖器件,是通過激光相位掩膜照射法在普通單模光纖上加工成的長度為10-15mm的溫度、應變敏感區。如下圖所示:

      光纖光柵傳感器本身不帶電,本質安全,抗電磁干擾、抗腐蝕、抗輻射、抗雷擊性能良好;此外,光纖光柵傳感器是絕對波長編碼,測量精度高、穩定性好,可以通過對傳感器的設計,實現溫度、應變、位移、加速度等一系列物理量的同時測量。多只相同或不同類型的光纖光柵傳感器可以通過波分復用方式實現在單芯光纖上的串聯或并聯組網。

      EFT-ST光纖傳感系統主要產品構成:

      光纖傳感技術在二十世紀末開始在國內外橋梁、隧道、水利水工結構等土木工程結構健康領域廣泛應用,眾多成功應用表明:在合理的安裝保護條件下,光纖傳感器的使用壽命可達到數十年以上。在野外環境中應用時,光纖傳感器寬溫工作、抗電磁干擾、免受雷擊損壞、可遠距離傳輸信號的優勢更加突出。
      電力(通信)鐵塔安全監測光纖傳感系統構成
      電力(通信)鐵塔安全監測光纖傳感系統主要由光纖應變計、溫度計、傾角儀、加速度計等光纖傳感器和光纖傳感分析儀構成。
      光纖傳感系統使用光纖作為測量元件和信號傳輸介質,為提高光纖對溫度及應力、應變的敏感程度及準確定位能力,采用國際最先進的光纖局部加工技術,在普通單模光纖上制作一系列的溫度敏感區——光纖光柵,這些敏感區可以精確、靈敏地探測到周圍溫度的細微變化,而光纖的其他部分只是用于信號傳輸,對機械應力和環境干擾不敏感,從而保證整個光纖光柵傳感系統的高靈敏性和可靠性。

      EFT-ST電力(通信)鐵塔安全監測系統構成如下:

      其基本原理是利用光纖光柵傳感器內部敏感元件——光纖光柵反射的光學頻譜對溫度、應力變形、振動的敏感特性,通過光纖傳感分析儀內部各功能模塊完成對光纖光柵傳感器的輸入光源激勵/輸出光學頻譜分析和物理量換算,以數字方式給出各監測點的物理量測量值,并根據預先設定的數據采集、存儲、處理機制和通信程式把信息匯集到遠程安全監測信息管理系統。

      主要硬件設備選型如下:

      序號

      監測項目

      設備選型

      主要性能指標

      1

      電力(通信)鐵塔頂部振動

      量程:±1g

      分辨率:0.005%FS(0.05mg)

      頻響范圍:0~120Hz

      工作溫度范圍:-50℃~80℃

      EFT-OFA10光纖振動傳感器

      2

      電力(通信)鐵塔垂直度

      量程:±3°

      分辨率:0.0005°

      頻響范圍:0~20Hz

      工作溫度范圍:-50℃~80℃

      EFT-OFC03光纖傾角儀

      3

      桿件應力變形

      量程:±1500με

      分辨率:0.1με

      安裝標距:25mm

      工作溫度范圍:-50℃~80℃

      EFT-OFS10光纖應變計

      4

      環境溫度場及天線、饋線溫度

      量程:-50℃~110℃

      分辨率:0.01℃

      測溫精度:±0.5℃

      EFT-OFT120光纖溫度計

      5

      光纖傳感主機

      監測點數:1-48

      同步采樣頻率:0-100Hz

      應變分辨率:0.1με

      測溫精度:±0.5℃

      加速度分辨率:0.05mg(典型值)

      分辨率:0.0005°(典型值)

      工作溫度范圍:-10~+50℃ (可定制)

      通信接口:RS232、RS485、10/100M以太網,ZIGBEE/CDMA/GPRS可選配

      EFT110-04E光纖傳感分析儀

      EFT-ST光纖傳感器并聯組網及與光纖傳感分析儀連接示意圖



      EFT-ST光纖傳感器串聯組網及與光纖傳感分析儀連接示意圖

      重要備注:
      1)光纖傳感器每根光纖上只能接一支,無法進行多只串連或并聯;
      2)光纖溫度傳感器可實現1-12只并接或1-25只串接;
      3)光纖應變傳感器可實現1-12只并接或1-12只串接;
      4)其他類型光纖傳感器只能實現1-5只串接或1-5只并接。

      系統自動報警判據設定方法
      報警判據設定方法:
      1)如果存在極限數據,評價的依據就是監測實時數據值是否超過極限值。
      2)界限值或者范圍值存在,評價的依據是監測數據是否在范圍之內。
      3)如果健康狀況或類似狀況的估計值存在時,評價的依據是監測數據超出估計值。并給一個可以允許的誤差范圍。
      4)可通過積累一段時期內的在線監測數據作為基準,然后將實時監測數據與前期數據進行比較,通過最大值、平均值、較大值出現次數等多種方式評估電力(通信)鐵塔運行狀況處于正常范圍還是趨于劣化。
      報警判據設定時應考慮的因素:
      1.測量數據的不確定度
      2.結構特性的變化
      3.測量值與標準值之間應有一個范圍值,作為健康度判據。
      EFT-ST電力(通信)鐵塔結構安全在線監測軟件實現原理
      電力(通信)鐵塔結構安全在線監測軟件采用模塊化設計分為兩部分:
      數據采集和預處理模塊:基于VC開發,實時性好,算法移植方便,主要實現底層硬件接口驅動,數據讀取及預處理(如FFT變換、時域譜分析,降采樣、數字濾波、時標同步及通信規約轉換等),然后將處理好的監測數據及特征參量通過標準MODBUS協議送到數據顯示、存儲及報警模塊。
      數據顯示、存儲及報警模塊:基于WEB版組態軟件開發,人機界面友好,配置靈活,支持遠程操作維護和數據訪問。支持數字、曲線、報表等多種數據顯示方式,提供電子地圖式操作界面和圖像、聲光、短信、WEB頁面等多種方式的自動報警手段。閘門健康監測軟件架構如下圖所示:

      EFT-ST電力(通信)鐵塔運行狀態在線監測系統軟件架構

      電力(通信)鐵塔結構安全在線監測軟件為B/S模式,系統用戶可在授權允許的情況下,通過局域網或Internet訪問本系統,客戶端不需安裝任何軟件,使用IE即可訪問。
      電力(通信)鐵塔結構安全在線監測軟件具有數據共享接口,方便進行后續開發和數據共享。

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