伍世良，楊永峰，許 屹，余 永，鐘 友，陳一平，張啟勝，徐常志

（1.深圳市特發(fā)信息股份有限公司，東莞 523400；2.國網(wǎng)衢州供電公司信通分公司，衢州 324000）

0 引言

隨著我國科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)電變電、航空航天、國防科技、網(wǎng)絡(luò)通信等行業(yè)對(duì)濕度監(jiān)控的要求愈加嚴(yán)格，在現(xiàn)有電力光纜接頭盒存在著密封不良的情況，導(dǎo)致雨水或潮氣進(jìn)入電力光纜接頭盒內(nèi)部，而光纖一旦遇水或者潮氣會(huì)產(chǎn)生氫損，導(dǎo)致光纖損害增大。更有甚者，光纖如果長期浸水，其表面會(huì)受到損傷從而產(chǎn)生裂紋，使得光纖斷裂或者光纖損耗進(jìn)一步增大，嚴(yán)重威脅光纜線路的運(yùn)行安全。濕度傳感器主要包括電學(xué)量濕度傳感器和非電學(xué)量無源傳感器，現(xiàn)開發(fā)一種光纖光柵濕度傳感器應(yīng)用在防蟻接頭盒中，利用光纖光柵溫濕度監(jiān)測原理測量防蟻接頭盒盒內(nèi)的空氣濕度。

1 光纖光柵濕度傳感器原理

防蟻接頭盒中的光柵濕度傳感器使用的是一種對(duì)濕度變化敏感功能性材料。常用的濕敏性材料有電解質(zhì)系、有機(jī)物系、高分子聚合材料、金屬及金屬氧化物系的濕敏材料，這些濕度變化敏感功能性材料在與空氣中的水分子發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)后，會(huì)導(dǎo)致材料中的特征量如材料的體積、電阻率系數(shù)、彈性模量系數(shù)、介電常數(shù)等隨濕度環(huán)境的變化而發(fā)生變化，此時(shí)光纖光柵濕度傳感器就可以通過監(jiān)測濕敏性材料的這些特征量來監(jiān)測濕度變化。光柵濕度傳感器如圖1所示：

圖1 接頭盒內(nèi)部光柵濕度傳感器

光纖光柵濕度傳感器通過監(jiān)測濕敏性材料的這些特征量來監(jiān)測濕度變化，而測量這些特征量通過測量光纖波長的變化來獲得相應(yīng)數(shù)值，通過對(duì)溫度、濕度敏感的光纖布拉格光柵FBG1與僅對(duì)溫度敏感的FBG2串聯(lián)構(gòu)成而成的數(shù)學(xué)計(jì)算模型。監(jiān)測出溫度和濕度的變化使FBG的布拉格反射波長發(fā)生變化，對(duì)濕度測量的溫度交叉敏感進(jìn)行補(bǔ)償，由此就可計(jì)算出變化量和應(yīng)的溫度和濕度變化值。

式中，光纖的效彈光系數(shù)為 ；熱光系數(shù)為 ；濕敏薄膜系數(shù)及光纖的線膨脹系數(shù)為 ；FBG1的溫度系數(shù)為 ；相對(duì)濕度靈敏度系數(shù)為 ，通過理論公式模型計(jì)算可以得出：

即可獲得相對(duì)濕度變化值 和溫度變化值 。

2 光纖濕度傳感器的系統(tǒng)組成

光纖光柵濕度監(jiān)測系統(tǒng)主要由以下部分組成：

（1）光纖光柵濕度傳感器。將傳感器安裝到所需要監(jiān)測的電力光纜接頭盒內(nèi)部，采集濕度信息，通過熔接方式將傳感器信號(hào)線接入到電力光纜中的光纖。各濕度傳感器可進(jìn)行串接，即1根光纖可接入多個(gè)濕度傳感器。

（2）電力光纜。功能：傳輸濕度傳感器信號(hào)。

（3）濕度監(jiān)測光纖光柵傳感分析儀。功能：采集光信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為濕度信號(hào)。

（4）工控主機(jī)。功能：對(duì)光纖光柵傳感分析儀采集的濕度信號(hào)進(jìn)行實(shí)施處理。

（5）軟件。功能：顯示實(shí)時(shí)濕度曲線、報(bào)警信息、歷史數(shù)據(jù)、分析報(bào)表等。

整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示：

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

3 光纖光柵濕度傳感器的系統(tǒng)特點(diǎn)

（1）溫度測量范圍廣：涵蓋15%Rh～95%Rh的范圍。

（2）溫度測量精度高：可達(dá)±5%Rh。

（3）測量時(shí)間短：＞0.1s。

（4）超長距離：最高可達(dá)100km，測量時(shí)間和測量精度并不受監(jiān)測的長度限制。

（5）長期穩(wěn)定：光纖只用于傳輸信號(hào)，傳感信號(hào)采用波長調(diào)制，外界的變化因素如施工帶來的光纖曲折等并不會(huì)影響測量精度。

（6）抗干擾能力強(qiáng)：光纖光柵溫度傳感器不是敏感元件，自身無緣，本質(zhì)安全，光纖只用于傳輸信號(hào)，不會(huì)受到現(xiàn)場的施工安裝影響。

（7）系統(tǒng)安裝簡單：對(duì)安裝布設(shè)沒有嚴(yán)格要求，出廠后無需重新定標(biāo)（微校正）。

（8）系統(tǒng)壽命：＞25年。

4 防蟻接續(xù)盒的連接方式

光纖接頭盒底座上安裝固定光纖接頭盒下蓋，光纖接頭盒下蓋上放置固定支架，固定支架上安裝固定光單元接續(xù)盒，光柵濕度傳感器夾子夾住固定光柵濕度傳感器，光纜通過接頭盒底部進(jìn)入，接頭盒上蓋與接頭盒下蓋通過密封墊密封，防蟻膠注入孔內(nèi)，與密封墊結(jié)合徹底防蟻防潮。整個(gè)接續(xù)盒外型整潔美觀、體積小、施工占用空間小、接續(xù)方便、防蟻效果防濕度效果好、安裝方便快捷，符合光纖接續(xù)施工要求。結(jié)構(gòu)如圖3所示：

圖3 防蟻光纖接續(xù)盒結(jié)構(gòu)圖

5 光纖光柵濕度傳感器在防蟻接頭盒的應(yīng)用意義

由于光纖光柵濕度傳感器是無源器件不受電磁干擾滿足防蟻接頭盒所處的復(fù)雜電磁環(huán)境，在惡劣的環(huán)境中仍可以正常工作。光纖光柵濕度傳感器的這些優(yōu)良特性在智能電網(wǎng)線路的監(jiān)測上起到了舉足輕重的作用。光纖光柵濕度傳感器再防蟻接頭盒上應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)全天候24小時(shí)監(jiān)測到光纜接頭盒內(nèi)的溫濕度。運(yùn)維人員在通訊機(jī)房就可實(shí)時(shí)查看到各接頭盒的溫濕度情況及歷史記錄并能及時(shí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)處置，可大大提升光纜運(yùn)維工作效率和降低故障率。

6 結(jié)束語

接頭盒的作用在于保護(hù)光纜接線盒及其內(nèi)部的光纜，免受外界環(huán)境的影響，保持穩(wěn)定可靠的運(yùn)作狀態(tài)。濕度是生產(chǎn)生活中重要的環(huán)境物理參數(shù)，直接影響工程材料的特性功能及重要物資的安全保障，本光纖光柵濕度傳感器應(yīng)用在接頭盒上，可有效防止?jié)穸葘?duì)接頭盒內(nèi)部光纜器件的影響，保證運(yùn)行狀態(tài)的穩(wěn)定。