一种碳纤维内部探伤光纤监测方法、装置及电子设备

技术领域

本发明涉及碳纤维探伤技术领域，尤其涉及一种碳纤维内部探伤光纤监测方法、装置及电子设备。

背景技术

碳纤维导线在增加电力输送容量、降低弧垂、减少线损和提高线路抗风能力等方面具有明显优势，已在重要电厂送出线路、大容量500kV线路等重要线路得到了广泛应用。碳纤维导线的纤芯为碳纤维浸渍树脂制成，其本身伸长率较低，弯曲半径受限，不能锐角弯折。在制造、安装和使用过程中易受损伤，易产生微裂纹等隐蔽性缺陷。通常在绞合碳纤维导线的碳纤维棒的中心植入光纤。碳纤维导线因弯折受损时，光纤同步受到损伤。可通过检测内部光纤的损伤情况反映碳纤维导线的损伤情况。

现有检测方法通过检测光纤的光信号变化确定光纤的损伤情况。例如，在光纤中输入参考光，获取不同拉伸状态下的光纤内的光信号，将光信号变化较大的位置确定为损伤位置。现有技术一般通过对比不同拉伸状态下的光信号的差值确定损伤位置，受光信号测量结果的噪声影响大，准确度较低。

发明内容

本发明实施例提供了一种碳纤维内部探伤光纤监测方法、装置及电子设备，以解决现有碳纤维损伤位置确定方法受噪声影响大、准确度低的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种碳纤维内部探伤光纤监测方法，包括：

获取所述光纤上多个点的第一布里渊频移和第二布里渊频移，其中，在所述光纤承受第一拉伸力时获取所述第一布里渊频移，在所述光纤承受第二拉伸力时获取所述第二布里渊频移，第二拉伸力大于第一拉伸力。

计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分。

计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分。

计算各点的第二布里渊频移差分减第一布里渊频移差分，作为该点的第三布里渊频移差分，其中，若第一布里渊频移差分大于第二布里渊频移差分，则将第三布里渊频移差分设为零。

计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分。

若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置。

在一种可能的实现方式中，所述计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第一布里渊频移的差分：

d

其中，d

在一种可能的实现方式中，所述计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第二布里渊频移的差分：

d

其中，d

在一种可能的实现方式中，所述计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第三布里渊频移差分的差分：

R

其中，R

在一种可能的实现方式中，所述若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置包括：若第四布里渊频移差分符合以下公式，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置：

其中，R

在一种可能的实现方式中，在所述若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置之后，还包括：若连续的N个点中，N/2个点的第四布里渊频移差分大于预设值，则将所述连续的N个点的中心点作为碳纤维损伤位置。

在一种可能的实现方式中，在所述若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置之后，还包括：重复M次获取所述光纤上多个点的第二布里渊频移，其中，每次获取时的第二拉伸力不同。基于第一布里渊频移和重复M次获取的第二布里渊频移，计算各点的M个第四布里渊频移差分。若当前点的M/2个第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置。

第二方面，本发明实施例提供了一种碳纤维内部探伤光纤监测装置，包括：

获取模块，用于获取所述光纤上多个点的第一布里渊频移和第二布里渊频移，其中，在所述光纤承受第一拉伸力时获取所述第一布里渊频移，在所述光纤承受第二拉伸力时获取所述第二布里渊频移，第二拉伸力大于第一拉伸力。

第一计算模块，用于计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分。

第二计算模块，用于计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分。

第三计算模块，用于计算各点的第二布里渊频移差分减第一布里渊频移差分，作为该点的第三布里渊频移差分，其中，若第一布里渊频移差分大于第二布里渊频移差分，则将第三布里渊频移差分设为零。

第四计算模块，用于计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分。

位置确定模块，用于若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置。

第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

本发明实施例提供一种碳纤维内部探伤光纤监测方法、装置及电子设备，该方法包括：获取光纤上多个点的第一布里渊频移和第二布里渊频移，其中，在光纤承受第一拉伸力时获取第一布里渊频移，在光纤承受第二拉伸力时获取第二布里渊频移，第二拉伸力大于第一拉伸力。计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分。计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分。计算各点的第二布里渊频移差分减第一布里渊频移差分，作为该点的第三布里渊频移差分，其中，若第一布里渊频移差分大于第二布里渊频移差分，则将第三布里渊频移差分设为零。计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分。若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置。本发明通过基于光纤上多个点的第一布里渊频移差分和第二布里渊频移差分，对比不同拉伸状态下的布里渊频移差分的差异。基于上述差异，通过差分计算确定布里渊频移突变点，作为损伤位置，可减小光信号测量结果的噪声的影响，提高损伤位置确定的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的碳纤维导线的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的碳纤维内部探伤光纤监测方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的碳纤维内部探伤光纤监测装置的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的电子设备的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

图1为本发明实施例提供的碳纤维导线的结构示意图。如图1所示，碳纤维导线，又称碳纤维复合芯导线，即用碳纤维代替普通钢芯铝绞线的线芯。碳纤维导线的中心一般为单根高强度耐热碳纤维复合芯，外层为绞合铝线。碳纤维复合芯承载导线的机械力，绞合铝线用于导电。

碳纤维导线的纤芯为碳纤维浸渍树脂制成，其本身伸长率较低，弯曲半径受限，不能锐角弯折。在制造、安装和使用过程中易受损伤，易产生微裂纹等隐蔽性缺陷。通常在绞合碳纤维导线的碳纤维棒的中心增加光纤。碳纤维导线因弯折受损时，光纤同步受到损伤。可通过检测内部光纤的损伤情况反映碳纤维导线的损伤情况。

现有检测方法通过检测光纤的光信号变化确定光纤的损伤情况。例如，在光纤中输入参考光，获取不同拉伸状态下的光纤内的光信号，将光信号变化较大的位置确定为损伤位置。现有技术一般通过对比不同拉伸状态下的光信号的差值确定损伤位置，受光信号测量结果的噪声影响大，准确度较低。

本发明实施例提供了一种碳纤维内部探伤光纤监测方法、装置及电子设备，以解决现有碳纤维损伤位置确定方法受噪声影响大、准确度低的问题。

图2是本发明实施例提供的碳纤维内部探伤光纤监测方法的实现流程图。

参照图2，上述方法包括：

在步骤S1中、获取光纤上多个点的第一布里渊频移和第二布里渊频移，其中，在光纤承受第一拉伸力时获取第一布里渊频移，在光纤承受第二拉伸力时获取第二布里渊频移，第二拉伸力大于第一拉伸力。

示例性的，将碳纤维导线内部光纤与监控设备相连接。将参考光输入光纤中，接收参考光在光纤中传输时在各点产生的反射光，测量布里渊频移。以下公式为布里渊频移与光纤折射率的关系：

其中，反射光的频率略小于入射参考光的频率，频率差V

损伤位置由于应力集中使该位置的光纤折射率相较其它正常位置发生较大变化，在拉伸时损伤位置的光纤折射率变化也较大。

在不同的拉伸力状态下，输入同一参考光，获得对应的布里渊频移信息。例如，在光纤承受第一拉伸力时获取第一布里渊频移，在光纤承受第二拉伸力时获取第二布里渊频移。

示例性的，第一拉伸力为零，即在碳纤维导线处于松弛状态，碳纤维导线仅受自身重力拉伸。第二拉伸力大于第一拉伸力，对碳纤维导线施加较大的拉伸力，可模拟碳纤维导线在覆冰状态下的受力，可发现潜在的损伤缺陷。示例性的，第二拉伸力可为多个不同的拉伸力，即对光纤施加多次第二拉伸力，每次第二拉伸力不同，对应测得多组第二布里渊频移。

示例性的，光纤上各点的第一布里渊频移可表示为：

f

其中，f

示例性的，光纤上各点的第二布里渊频移可表示为：

f

其中，f

在步骤S2中、计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分。

示例性的，第一布里渊频移的差分为光纤上某点的第一布里渊频移减去上一个相邻点的第一布里渊频移。示例性的，第一布里渊频移的差分为光纤上某点的第一布里渊频移减去下一个相邻点的第一布里渊频移。

在一种可能的实现方式中，计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第一布里渊频移的差分：

d

其中，d

在步骤S3中、计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分。

示例性的，第二布里渊频移的差分为光纤上某点的第二布里渊频移减去上一个相邻点的第二布里渊频移。示例性的，第二布里渊频移的差分为光纤上某点的第二布里渊频移减去下一个相邻点的第二布里渊频移。

在一种可能的实现方式中，计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第二布里渊频移的差分：

d

其中，d

在步骤S4中、计算各点的第二布里渊频移差分减第一布里渊频移差分，作为该点的第三布里渊频移差分，其中，若第一布里渊频移差分大于第二布里渊频移差分，则将第三布里渊频移差分设为零。

示例性的，第三布里渊频移差分为d

在步骤S5中、计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分。

示例性的，第三布里渊频移差分的差分为光纤上某点对应的第三布里渊频移差分减去上一个相邻点的第三布里渊频移差分。示例性的，第三布里渊频移差分的差分为光纤上某点对应的第三布里渊频移差分减去下一个相邻点的第三布里渊频移差分。

在一种可能的实现方式中，计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第三布里渊频移差分的差分：

R

其中，R

在步骤S6中、若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置。

第四布里渊频移差分表示光纤上同一个点在不同的拉伸力作用下的布里渊频移的变化。上述布里渊频移的变化较大时，则表示该点的光纤折射率发生较大变化，即表示该点光纤为损伤位置。

在一种可能的实现方式中，若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置包括：若第四布里渊频移差分符合以下公式，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置：

其中，R

本发明实施例通过基于光纤上多个点的第一布里渊频移差分和第二布里渊频移差分，对比不同拉伸状态下的布里渊频移差分的差异。基于上述差异，通过差分计算确定布里渊频移突变点，作为损伤位置，可减小布里渊频移(即光信号)测量结果的噪声的影响，提高损伤位置确定的准确度。

在一种可能的实现方式中，在若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置之后，还包括：若连续的N个点中，N/2个点的第四布里渊频移差分大于预设值，则将连续的N个点的中心点作为碳纤维损伤位置。

重复步骤S6得到多个第四布里渊频移差分大于预设值的点之后，若连续的多个点中超过一半的点的第四布里渊频移差分大于预设值，则表示该段光纤受损伤的长度较长，损伤点多且集中，可将上述连续的多个点的中心点作为碳纤维损伤位置，减少表示损伤位置的数据点，以提高后续数据处理的效率。

在一种可能的实现方式中，在若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置之后，还包括：重复M次获取光纤上多个点的第二布里渊频移，其中，每次获取时的第二拉伸力不同。基于第一布里渊频移和重复M次获取的第二布里渊频移，计算各点的M个第四布里渊频移差分。若当前点的M/2个第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置。

示例性的，对光纤施加M次大小不同的第二拉伸力，获取各次第二拉伸力对应的第二布里渊频移。基于光纤上各点的第一布里渊频移依次和M组第一布里渊频移，通过上述步骤S2-S6，计算得到各点的M个第四布里渊频移差分。如果某一点的M个第四布里渊频移差分中，M/2个第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置。本发明实施例可减少布里渊频移测量误差导致的损伤位置判断错误，通过不同拉伸力作用下的第二布里渊频移，确定损伤位置，提高损伤位置确定精度。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图3是本发明实施例提供的碳纤维内部探伤光纤监测装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：如图3所示，碳纤维内部探伤光纤监测装置2包括：

获取模块21，用于获取光纤上多个点的第一布里渊频移和第二布里渊频移，其中，在光纤承受第一拉伸力时获取第一布里渊频移，在光纤承受第二拉伸力时获取第二布里渊频移，第二拉伸力大于第一拉伸力。

第一计算模块22，用于计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分。

第二计算模块23，用于计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分。

第三计算模块24，用于计算各点的第二布里渊频移差分减第一布里渊频移差分，作为该点的第三布里渊频移差分，其中，若第一布里渊频移差分大于第二布里渊频移差分，则将第三布里渊频移差分设为零。

第四计算模块25，用于计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分。

位置确定模块26，用于若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置。

本发明实施例通过基于光纤上多个点的第一布里渊频移差分和第二布里渊频移差分，对比不同拉伸状态下的布里渊频移差分的差异。基于上述差异，通过差分计算确定布里渊频移突变点，作为损伤位置，可减小布里渊频移(即光信号)测量结果的噪声的影响，提高损伤位置确定的准确度。

在一种可能的实现方式中，计算各点的第一布里渊频移的差分，作为该点的第一布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第一布里渊频移的差分：

d

其中，d

在一种可能的实现方式中，计算各点的第二布里渊频移的差分，作为该点的第二布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第二布里渊频移的差分：

d

其中，d

在一种可能的实现方式中，计算各点的第三布里渊频移差分的差分，作为该点的第四布里渊频移差分包括：基于以下公式计算各点的第三布里渊频移差分的差分：

R

其中，R

在一种可能的实现方式中，若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置包括：若第四布里渊频移差分符合以下公式，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置：

其中，R

在一种可能的实现方式中，在若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置之后，还包括：若连续的N个点中，N/2个点的第四布里渊频移差分大于预设值，则将连续的N个点的中心点作为碳纤维损伤位置。

在一种可能的实现方式中，在若第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维的损伤位置之后，还包括：重复M次获取光纤上多个点的第二布里渊频移，其中，每次获取时的第二拉伸力不同。基于第一布里渊频移和重复M次获取的第二布里渊频移，计算各点的M个第四布里渊频移差分。若当前点的M/2个第四布里渊频移差分大于预设值，则将该点的位置作为碳纤维损伤位置。

图4是本发明实施例提供的电子设备的示意图。如图4所示，该实施例的电子设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个碳纤维内部探伤光纤监测方法实施例中的步骤，例如图2所示的步骤S1至步骤S6。或者，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示模块21至26的功能。

示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述电子设备3中的执行过程。例如，所述计算机程序32可以被分割成图3所示的模块21至26。

所述电子设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备3可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图4仅仅是电子设备3的示例，并不构成对电子设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器31可以是所述电子设备3的内部存储单元，例如电子设备3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述电子设备3的外部存储设备，例如所述电子设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述电子设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个碳纤维内部探伤光纤监测方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(Read-Only波信号、电信信号以及软件分发介质等。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。