[发明专利]光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统及裂纹识别方法

权利要求书

1.光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，其特征在于，包括用于盛放腐蚀介质的盛酸容器(1)、卧式拉力机(2)、光纤光栅解调仪(3)、计算机(4)和光纤复合绝缘子(5)，

光纤复合绝缘子(5)包括芯棒(51)、设置在芯棒(51)两端的金具以及设置在芯棒(51)表面的至少两根光纤(52)，且每根光纤(52)均与光纤光栅解调仪(3)连接，光纤光栅解调仪(3)通过网线与计算机(4)连接；

光纤复合绝缘子(5)通过两端的金具固定在卧式拉力机(2)上，且盛酸容器(1)用于给芯棒(51)提供应力腐蚀条件，每根光纤(52)上相对于盛酸容器(1)的位置上设置有用于获取波长偏移量以判断脆断的光纤布拉格光栅(7)。

2.根据权利要求1所述的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，其特征在于，盛酸容器(1)用于盛放硝酸溶液。

3.根据权利要求1所述的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，其特征在于，每根所述光纤(52)粘贴固定在所述芯棒(51)表面上。

4.根据权利要求1所述的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，其特征在于，每根光纤(52)上相对于盛酸容器(1)的位置上设置的光纤布拉格光栅(7)有3～5个。

5.根据权利要求1-4任一所述的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，其特征在于，所述光纤(52)有三根，三根光纤沿复合绝缘子中心轴呈120°周向均匀分布在芯棒(51)表面。

6.一种复合绝缘子脆断过程裂纹识别方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一所述的系统，所述方法包括以下步骤：

将光纤复合绝缘子(5)的芯棒(51)浸泡在盛酸容器(1)中，并在卧式拉力机(2)的作用下进行应力腐蚀实验；

光纤(52)上设置的光纤布拉格光栅(7)监测光纤复合绝缘子(5)的脆断过程，获取波长偏移量；

将获取的波长偏移趋势与轴截面裂纹的光栅波长偏移识别力学模型进行对比，获取裂纹的位置与严重程度；

其中，光栅波长偏移识别力学模型包括7个阶段，当芯棒表面裂纹起裂时有纤维断裂，受力的横截面积减小，此时横截面的外加轴力基本不变，裂纹处的应力增大，光栅波长偏移量增大，定义为阶段Ⅰ；当裂纹微小时，微裂纹中心轴线对称处的应力变化较小，波长偏移量基本不变，定义为阶段Ⅱ；当芯棒表面的裂纹发展到一定深度时有大量纤维断裂，受力面积减小，其产生位移使得对横截面的外加轴力减小，但是面积减小速率小于外加轴力减小速率，裂纹处的应力开始减小，波长偏移量减小，定义为阶段Ⅲ；与此同时芯棒轴向受力开始出现倾斜，裂纹的中心轴线对称位置出现挤压应力，裂纹越大、越深芯棒受力越倾斜，挤压应力就越大，在横截面外加轴力下的综合拉应力越小，波长偏移量减小，定义为阶段Ⅳ；裂纹发展到一定深度时芯棒拉伸位移增加，裂纹所在整个轴向的轴力开始减小，轴向上的光栅的波长偏移量开始减小，定义为阶段V；而处于裂纹中心轴线对称位置因为挤压力的增大，在横截面轴力下的综合拉应力对应减小，波长偏移量继续减小，定义为阶段Ⅵ；在脆断的最后阶段，位于裂纹中心轴线对称的轴向不受裂纹轴截面影响区域的光纤布拉格光栅，因为横截面的轴向受力面积减小，横截面轴力也在减小，但是面积减小速率大于力减小速率，导致应力增大，波长偏移量增大，定义为阶段Ⅶ。

7.根据权利要求6所述的一种复合绝缘子脆断过程裂纹识别方法，其特征在于，所述光栅波长偏移识别力学模型是基于芯棒裂纹发展过程的应力分布分析和光纤布拉格光栅的应变波长偏移原理得到的。

8.根据权利要求6所述的一种复合绝缘子脆断过程裂纹识别方法，其特征在于，光纤布拉格光栅(7)与芯棒表面裂纹(6)的相对位置包括四种情况：光纤布拉格光栅(7)分别位于裂纹上或裂纹尖端附近(71)、裂纹所在轴截面的中心轴线对称点(72)、裂纹所在芯棒轴向的附近(73)和裂纹中心轴线对称的轴向且不受裂纹轴截面影响区域(74)。