专利名称：一种智能监测三维应力复合材料芯导线的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种智能监测三维应力复合材料芯导线，具体涉及一种能实时监 测导线芯三维应力的新型智能复合材料芯导线，属于架空导线制造领域。
背景技术：
架空输电导 线作为输电力的载体，在输电线路中占有极为重要的地位。长期以来， 架空导线主要使用钢芯铝绞线。近年来我国工农业生产迅猛发展，部分地区的电力线路已 经跟不上发展的需要，急需改造，但基于投资成本和投资时间的约束，使如何利用有效的走 廊资源提高输电容量成为电力建设的一大课题。目前，探索新的导线线型、以高效低耗地传 送电能是我国电力科技工作者的不断追求。目前各国都在研制新型复合材料合成导线，以美国3M公司生产的铝基陶瓷纤维 复合芯加强导线(ACCR)为例，这种新型导线与传统导线相比具有重量轻、强度大、电导率 高、线膨胀系数小、耐腐蚀使用寿命长等优点。ACCR导线整体上无疑是一种性能优良的新型 架空输电导线，但也有其自身的缺点，该导线芯增强纤维为陶瓷纤维，复合芯受弯时容易脆 断。一旦导线断裂将会造成大范围的停电并且抢修工作困难，造成巨大的人力物力的损失。传统上，对输电导线的应力监控系统是将应力传感器置于导线容易发生故障的位 置，但由于导线芯被外围导体所包裹因此不便对导线芯进行直接测量，而且这种方法只能 检测输电导线的局部应力。另外目前大多数应力传感器为一维传感器，不能监测任意方向 上的应力大小。
发明内容本实用新型是针对复合材料合成导线存在的安全隐患，提供一种智能监测三维应 力复合材料芯导线，由三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁，只需在接口处添加相 应的测量设备便能够实时监测芯线任意位置任意方向上应力的大小，一旦某一方向应力过 大便发出报警信号。本实用新型的技术方案是一种智能监测三维应力复合材料芯导线，包括复合材 料芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，其特征在于还有三根光 纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁上。如上所述的智能监测三维应力复合材料芯导线，其特征在于复合材料芯外层包
裹一层复合材料保护层。如上所述的智能监测三维应力复合材料芯导线，其特征在于复合材料芯由至少 一种高强度纤维材料与至少一种基体材料复合而成；其中高强度纤维选自碳纤维、芳纶纤 维、玻璃纤维、玄武岩纤维或金属纤维中的一种或几种；基体材料选自环氧树脂、陶瓷、金属 基体或酚醛树脂的一种或几种。如上所述的智能监测三维应力复合材料芯导线，其特征在于复合材料芯外围保 护层由至少一种纤维材料与至少一种基体材料复合而成；纤维选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或钢纤维的一种或几种；基体材料选自环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂的一种或几种。本实用新型的有益效果是能够实时监测复合材料芯三维空间内任意角度的应力 大小，防止应力过大芯线断裂。本实用新型具有以下的一些特征1、重量轻。复合材料的密度约为钢的1/4。2、强度大。复合材料芯的抗拉强度是一般钢丝的1. 93倍。3、抗电磁干扰。导线通电后会产生磁场，传统的机电传感器受磁场的影响较大，本 实用新型是通过测量光的波长来确定芯线的应力，而光的传播是不受电磁场影响的，因此 具有很好的抗电磁干扰能力。4、三维空间应力监测。传统的应力传感器多为一维传感器，本实用新型采用新的 布置结构能够监测复合材料芯三维空间内任意角度的应力大小。
图1为本实用新型实施例智能监测三维应力复合材料芯导线结构示意图。图2为本实用新型实施例光纤光栅布置示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型做进一步的说明。图1中标记的说明1_光纤光栅，2-复合材料芯，3-保护层，4-铝合金导体。如图1所示，本实用新型实施例由三根光纤光栅1，复合材料芯2，保护层3和外层 铝合金导体4组成，三根光纤光栅1等角度粘贴在复合材料芯2侧壁上，外围再包裹一层保 护层3，铝合金导体4铰合在复合材料芯2周围，铝合金导体4截面可以是梯形或圆形或其 它形状。复合材料芯2由至少一种高强度纤维材料与至少一种基体材料复合而成；其中高 强度纤维选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或金属纤维中的一种或几种；基体 材料选自环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂的一种或几种。复合材料芯2外围保护层3由至少一种纤维材料与至少一种基体材料复合而成； 纤维选自碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维或钢纤维的一种或几种；基体材料选自 环氧树脂、陶瓷、金属基体或酚醛树脂的一种或几种。三根光纤光栅1等角度粘贴在复合材料芯2侧壁，这样布置就可以测任意方向的 应力，如果只用一根或两根光纤光栅1就只能测单方向的应力。当光栅上应力发生变化时， 会引起光栅周期的变化和折射率的变化(称弹光效应)，从而使光栅的布喇格波长发生变 化，产生布喇格波长的漂移，通过检测光栅波长漂移的大小，就可以获得相应的应力信息， 这就是光纤光栅应力传感的基本原理。光纤光栅1是现有商品，可根据工作环境需要选择，例如用铜合金耐高温光纤，就 可以增加使用场合，可以提高应力测量范围，也可以提高强度和温度范围。实施例1 复合材料芯2由碳纤维与玻璃纤维为高强度纤维，环氧树脂为基体复合 而成；三根光纤光栅1为Cul300铜合金耐高温光纤。实施例2 复合材料芯2由芳纶纤维与玻璃纤维为高强度纤维，酚醛树脂为基体复合而成；三根光纤光栅1为东莞瑞科机电生产的FRH-610-L耐高温型光纤。 实施例3 复合材料芯2由碳纤维与玄武岩纤维为高强度纤维，环氧树脂为基体复
合而成；三根光纤光栅1为Cul300铜合金耐高温光纤。
权利要求一种智能监测三维应力复合材料芯导线，包括复合材料芯及其外层的铝合金导体，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，其特征在于还有三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁上。
2.根据权利要求1所述的智能监测三维应力复合材料芯导线，其特征在于复合材料 芯外层包裹一层复合材料保护层。
专利摘要本实用新型提供了一种智能监测三维应力复合材料芯导线，该导线由三根光纤光栅、复合材料芯、保护层和外层铝合金导体组成，三根光纤光栅等角度粘贴在复合材料芯侧壁上，外围再包裹一层保护层，铝合金导体铰合在复合材料芯周围，铝合金导体截面可以是梯形或圆形或其它形状；本实用新型中三根光纤等角度粘贴在复合材料芯侧壁，能够监测复合材料芯三维空间内任意角度的应力大小。只需在接口处添加相应的测量设备便能够实时监测芯线任意位置任意方向上应力的大小，一旦某一方向应力过大便发出报警信号。
文档编号H01B5/10GK201570288SQ200920087528
公开日2010年9月1日 申请日期2009年7月24日 优先权日2009年7月24日
发明者刘飞, 张冰, 李辉, 杜忠东, 柳欢欢, 王晓琪, 胡媛媛, 赵军, 陈轩恕 申请人:国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司