具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都是本发明保护的范围。

请参阅图2，本发明提供的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统，包括盛酸容器1、卧式拉力机2、光纤光栅解调仪3、计算机4以及光纤复合绝缘子5。

在本发明其中一个实施例中，卧式拉力机2包括夹具、液压系统21和控制台22，通过控制台22来控制液压系统21，从而控制给芯棒51提供的拉应力的大小。

本发明中，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的夹具上以将光纤复合绝缘子5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。通过光纤解调仪3解调光纤光栅的波长，并将数据传输到计算机4；计算机4用于收集与存储数据。

在本发明其中一个实施例中，芯棒51表面不带护套。

在本发明其中一个实施例中，盛酸容器1中盛放有硝酸溶液，在模拟芯棒脆断的过程中提供腐蚀介质。

为了能够有效监测复合绝缘子脆断过程中芯棒51表面的三维轴向应力变化及物理状态，通过在复合绝缘子的芯棒51表面粘贴至少两根光纤52，且每根光纤52上均在盛酸容器范围内刻入有多个用于获取波长偏移量以判断脆断的光纤布拉格光栅7，具体的，在本发明其中一个实施例中，设置了三根光纤52，分别定义为1#光纤、2#光纤和3#光纤，1#光纤、2#光纤和3#光纤均通过光纤粘接剂粘贴固定在芯棒51表面的不同位置上，通过获取光纤布拉格光栅7的波长偏移量观测芯棒51表面的轴向应力变化，然后根据布置在芯棒51表面不同位置的光纤布拉格光栅7所测的波长偏移趋势，与轴截面裂纹的光栅波长偏移识别力学模型比对，判断复合绝缘子脆断过程中的裂纹严重程度与位置。

在本发明其中一个实施例中，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表面盛酸容器范围内，均匀布置能够更加直观的判断与定位故障处。

本发明还提供采用前述系统进行监测的方法。

请参阅图1，一种复合绝缘子脆断过程裂纹识别方法，包括以下步骤：

步骤1：搭建前述的光纤光栅监测复合绝缘子脆断系统。

步骤2：进行应力腐蚀试验模拟复合绝缘子脆断，光纤布拉格光栅7监测复合绝缘子脆断过程。

本步骤中，将芯棒51对应设置有光纤布拉格光栅7的部分浸入盛酸容器1的腐蚀介质中，通过卧式拉力机2给芯棒51提供应力，进行应力腐蚀实验。

步骤3：轴向应力的变化引起波长偏移，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，并获取波长偏移量。

步骤4：将光纤布拉格光栅7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。

本发明的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(在本发明其中一个实施例中，基本不变是在光栅波动范围内，没有超出1.1倍最大值，和0.9倍最小值)，定义为阶段Ⅱ；当芯棒表面的裂纹发展到一定深度时(如1mm)有大量纤维断裂，受力面积减小，其产生位移使得拉力机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。在裂纹快速发展至断裂过程中光纤布拉格光栅附近纤维大部分断裂，使得裂纹处外加轴力很小，即波长偏移量很小；与此同时，裂纹发展到一定深度时(如3mm)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。

当光纤布拉格光栅完整检测到一条裂纹的发展过程时，光纤布拉格光栅波长偏移量将呈现倒V型，即I-III；但当光纤布拉格光栅在波长偏移增大途中损坏时，波长偏移量呈现单调增大，即只有I。当芯棒表面多条、不同相对位置的裂纹被某光纤布拉格光栅检测到时，该光纤布拉格光栅的波长偏移量将呈现I-III-I、I-III-I-III、Ⅳ-Ⅵ-I和Ⅳ-Ⅵ-I-III中的任一过程，即出现N、M、V和倒N等典型的复合型，且光栅波长偏移量会明显大于或小于裂纹数量少的。在本发明其中一个实施例中，明显大于或小于指代波长偏移量存在1/3的差值。

本发明中，基于芯棒裂纹发展过程的应力分布分析和光纤光栅应变波长偏移原理，提出了轴截面裂纹的光栅波长偏移识别力学模型，建立了裂纹发展和光栅波长偏移之间的联系，可以用于识别复合绝缘子脆断过程中芯棒表面的裂纹。

本发明中，通过粘贴在芯棒表面的不同位置处的光纤布拉格光栅，光纤布拉格光栅与产生的裂纹的相对位置不同时监测到的波长偏移量也会有所不同，从而可以通过波长偏移的趋势来判断芯棒处于脆断过程中裂纹的严重程度和位置，从而可以实现对芯棒脆断过程中裂纹的及时监测与预警，节省了人力巡检的成本，并减小了人为的误差。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。