一種衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，包括光纖脈沖激光器、光纖波分復(fù)用器、第一光電接收模塊、第二光電接收模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)、標(biāo)定光纜、傳感光纜、反光鏡和點(diǎn)式溫度傳感器。計(jì)算機(jī)軟件包括溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，歷史數(shù)據(jù)保存和溫升故障報(bào)警三個(gè)部分。衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼分布式溫度傳感器能夠消除電纜沿線因彎曲，應(yīng)變，節(jié)點(diǎn)損耗，特別是長(zhǎng)時(shí)間工作和工作環(huán)境差異等因素引起的光纖衰減變化的影響，實(shí)現(xiàn)衰減的自補(bǔ)償，提高系統(tǒng)測(cè)溫的穩(wěn)定性與可靠性。電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警計(jì)算機(jī)軟件能通過(guò)比較當(dāng)前數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)得到電纜的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)預(yù)警與報(bào)警。
【專利說(shuō)明】—種衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于分布式光纖傳感測(cè)溫領(lǐng)域，特別涉及一種衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其為監(jiān)測(cè)電力電纜溫度分布以及異常報(bào)警的系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)電纜的工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)提出了越來(lái)越高的要求。傳統(tǒng)的溫度傳感器由于其點(diǎn)式測(cè)溫的特性，給安裝和組網(wǎng)帶來(lái)的很大的不便?；诠饫w拉曼散射的溫度傳感系統(tǒng)是一種真正意義上的分布式溫度傳感系統(tǒng)，光纖既可以傳輸光信號(hào)，其本身也是傳感器，所以其測(cè)溫監(jiān)測(cè)范圍大，加上其不受電磁干擾的特點(diǎn)，使得它易于安裝和組網(wǎng)，大大降低了獲取信息的成本。
[0003]在電纜沿線鋪設(shè)傳感光纜時(shí)，一般有兩種方法可供選擇。第一種方法是最理想的安裝方式，即直接將光纖內(nèi)置于電纜導(dǎo)線線芯上(或絕緣屏蔽層間)，這樣光纖的溫度即為電纜的溫度，獲得的電纜工作狀態(tài)的信息較為準(zhǔn)確，但是這也帶來(lái)了兩個(gè)問(wèn)題:1需要特制的電纜，2這種特殊電纜的安裝連接比較不便，所以這種方案目前沒(méi)有得到推廣。第二種方法是比較實(shí)際的安裝方式，即將光纖安裝在電纜的外表面，這種方式安裝比較方便，但也存在兩個(gè)問(wèn)題，一方面出現(xiàn)故障時(shí)雖然電纜纖芯的溫度很高，可是電纜表面的溫度較低，平均溫升在10攝氏度左右，但由于電纜鋪設(shè)位置的差異，且電纜表面的溫度受外界的環(huán)境影響較大，不同地點(diǎn)不同時(shí)間的電纜溫度差就有10攝氏度，所以溫度的報(bào)警需要針對(duì)不同位置的溫升情況而定；另一方面，光纖長(zhǎng)期處在不同的環(huán)境下(如溫度和濕度)在一段時(shí)間后，將會(huì)導(dǎo)致光纖各段的衰減系數(shù)的差異，而這對(duì)溫度值的準(zhǔn)確標(biāo)定影響較大，所以在這樣的系統(tǒng)中，測(cè)溫噪聲水平并不是特別突出的問(wèn)題，而消除光纖沿線衰減變化對(duì)溫度標(biāo)定的影響，從而提高溫度標(biāo)定的精度，顯得尤其重要。
[0004]穩(wěn)定性，可靠性和低成本是電力系統(tǒng)中技術(shù)的基本要求，本專利針對(duì)電力電纜測(cè)溫的特點(diǎn)，提出了一種適合于中短距離應(yīng)用的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型要解決的問(wèn)題在于:針對(duì)電力電纜分布式測(cè)溫的需求，設(shè)計(jì)了一種能長(zhǎng)期穩(wěn)定、可靠運(yùn)行并且成本較低的，適用于中短距離應(yīng)用的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)。
[0006]本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案為:
[0007]衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，包括光纖脈沖激光器、光纖波分復(fù)用器、第一光電接收模塊、第二光電接收模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、計(jì)算機(jī)、標(biāo)定光纜、傳感光纜、反光鏡和點(diǎn)式溫度傳感器。
[0008]光纖波分復(fù)用器具有4個(gè)端口，其中1550nm輸入端口 A與光纖脈沖激光器相連，輸出端口 B與標(biāo)定光纜任意一端相連,1450nm輸出端口 C與第一光電接收模塊的輸入端相連，1663nm輸出端口 D與第二光電接收模塊的輸入端相連；第一光電接收模塊和第二光電接收模塊的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊的兩個(gè)輸入端相連，數(shù)據(jù)采集模塊的觸發(fā)信號(hào)由光纖脈沖激光器產(chǎn)生，數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與計(jì)算機(jī)相連；標(biāo)定光纜的剩余端口與傳感光纜的任意一端相連，傳感光纜另一端與反光鏡相連；點(diǎn)式溫度傳感器與計(jì)算機(jī)相連。
[0009]所述的光纖脈沖激光器的中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜3dB帶寬為0.3nm,激光脈沖寬度為15ns，峰值功率O?100W可調(diào)，重復(fù)頻率0.5?20kHz。
[0010]所述的光纖波分復(fù)用器的帶寬為7nm。
[0011]所述的第一光電接收模塊和第二光電接收模塊分別把反斯托克斯光和斯托克斯光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大，使其電壓范圍與數(shù)據(jù)采集模塊的輸入電壓范圍匹配，光電接收模塊采用的是APD探測(cè)電路，其3dB帶寬為80MHz。
[0012]所述的數(shù)據(jù)采集模塊的采樣率為IOOMHz。
[0013]所述的標(biāo)定光纜和傳感光纜是相同的62.5-125um的漸變折射率多模光纖，標(biāo)定光纜長(zhǎng)度為220m，包括200m盲區(qū)，傳感光纜安裝在電纜表面。
[0014]所述的反光鏡對(duì)于1550nm、1450nm和1663nm光的反射率應(yīng)達(dá)到99%。
[0015]所述的點(diǎn)式溫度傳感器與計(jì)算機(jī)相連，用于反饋標(biāo)定光纜的溫度信息。
[0016]計(jì)算機(jī)軟件包括三個(gè)部分:溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分，歷史數(shù)據(jù)保存部分和溫升故障報(bào)警部分，溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分用于顯示電纜當(dāng)前的溫度狀態(tài)；歷史數(shù)據(jù)保存部分用于保存電纜工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)，方便查閱電纜工作歷史狀態(tài)并為溫升故障報(bào)警提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；升故障報(bào)警部分通過(guò)比較當(dāng)前的溫度狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)，分析出可能將要出現(xiàn)故障的位置，并指示出已經(jīng)出現(xiàn)故障的位置。
[0017]本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0018]I)、本實(shí)用新型能夠消除電纜沿線因彎曲，應(yīng)變，節(jié)點(diǎn)損耗，特別是長(zhǎng)時(shí)間工作和工作環(huán)境差異等因素引起的光纖衰減變化的影響。實(shí)現(xiàn)衰減的自補(bǔ)償，提高系統(tǒng)測(cè)溫的穩(wěn)定性與可靠性。并且對(duì)傳感光纜的選擇沒(méi)有特殊的要求，甚至可以選擇事先鋪設(shè)好的光纜，安裝方便。特別適用于中短程電力電纜沿線溫度的監(jiān)測(cè)與報(bào)警。
[0019]2)、本實(shí)用新型提出的溫升故障報(bào)警能夠監(jiān)測(cè)電纜不同位置處的溫升狀況，從而能夠針對(duì)不同位置的溫升情況進(jìn)行溫度報(bào)警。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1是本實(shí)用新型系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0021]圖2是帶反射鏡的傳感光纜中，脈沖激光與散射光的傳播情況是示意圖；
[0022]圖3是電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0024]如圖1所示，衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，由以下幾部分組成:光纖脈沖激光器1、光纖波分復(fù)用器2、第一光電接收模塊3、第二光電接收模塊4、數(shù)據(jù)采集模塊5、計(jì)算機(jī)6、標(biāo)定光纜7、傳感光纜8、反光鏡9和點(diǎn)式溫度傳感器10。
[0025]光纖脈沖激光器I的中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜寬度為0.3nm，激光脈沖寬度為15ns，峰值功率O~IOOW可調(diào)，重復(fù)頻率0.5~20kHz。光纖波分復(fù)用器2的帶寬為7nm。第一光電接收模塊3和第二光電接收模塊4分別把反斯托克斯光和斯托克斯光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大，使其電壓范圍與數(shù)據(jù)采集模塊5的輸入電壓范圍匹配，光電接收模塊采用的是APD探測(cè)電路，3dB帶寬為80MHz。數(shù)據(jù)采集模塊5的采樣率為IOOMHz。標(biāo)定光纜7和傳感光纜8是相同的62.5/125um的漸變折射率多模光纖，標(biāo)定光纜7長(zhǎng)度為220m (包括200m盲區(qū))，傳感光纜8鋪設(shè)在電纜表面。反光鏡9對(duì)于1550nm、1450nm和1663nm光的反射率應(yīng)達(dá)到99%。點(diǎn)式溫度傳感器10與計(jì)算機(jī)6相連，用于反饋溫度槽溫度信息。
[0026]帶反射鏡的傳感光纜中，脈沖激光11與拉曼背向散射光12的傳播情況如圖2所示。在光纖的同一位置，有兩次背向拉曼散射過(guò)程，一次是激光脈沖在前向傳播過(guò)程中的背向拉曼散射，另一次是激光脈沖經(jīng)過(guò)鏡面反射后，在后向傳播過(guò)程中的背向拉曼散射。這兩次散射過(guò)程產(chǎn)生的背向散射光在光纖中的傳播距離不同，經(jīng)過(guò)不同時(shí)間到達(dá)光電接收模塊。
[0027]如圖3所示，電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)軟件，由三部分構(gòu)成:溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分13，歷史數(shù)據(jù)保存部分14和溫升故障報(bào)警部分15。溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)部分13完成包括光強(qiáng)數(shù)據(jù)的獲取、溫度的解調(diào)以及顯示電纜當(dāng)前的溫度狀態(tài)的功能；歷史數(shù)據(jù)保存部分14定時(shí)保存電纜溫度信息，方便查閱電纜工作歷史狀態(tài)并為溫升故障報(bào)警提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；溫升故障報(bào)警部分15通過(guò)比較當(dāng)前的溫度狀態(tài)和歷史數(shù)據(jù)，分析出可能將要出現(xiàn)故障的位置，并指示出已經(jīng)出現(xiàn)故障的位置。
[0028]本實(shí)用新型能夠?qū)崿F(xiàn)衰減的自補(bǔ)償，是基于以下原理實(shí)現(xiàn)的:
[0029]如圖2所示，標(biāo)定光纜7及傳感光纜8的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，發(fā)生散射的位置為1，溫度為T(mén),那么設(shè)光強(qiáng)為Itl的激光脈沖在前向傳播過(guò)程中的背向拉曼散射光強(qiáng)(斯托克斯光Isl，反斯托克斯Iasl)可以表 示為:
【權(quán)利要求】
1.一種衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征在于，包括光纖脈沖激光器(I)、光纖波分復(fù)用器(2)、第一光電接收模塊(3)、第二光電接收模塊(4)、數(shù)據(jù)采集模塊(5 )、計(jì)算機(jī)(6 )、標(biāo)定光纜(7 )、傳感光纜(8 )、反光鏡(9 )和點(diǎn)式溫度傳感器(10 );光纖波分復(fù)用器(2)具有4個(gè)端口，其中1550nm輸入端口 A與光纖脈沖激光器(I)相連,輸出端口 B與標(biāo)定光纜(7)任意一端相連,1450nm輸出端口 C與第一光電接收模塊(3)的輸入端相連，1663nm輸出端口 D與第二光電接收模塊(4)的輸入端相連；第一光電接收模塊(3)和第二光電接收模塊(4)的輸出端與數(shù)據(jù)采集模塊(5)的兩個(gè)輸入端相連，數(shù)據(jù)采集模塊(5)的觸發(fā)信號(hào)由光纖脈沖激光器(I)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)采集模塊(5)的輸出端與計(jì)算機(jī)(6)相連；標(biāo)定光纜(7)的剩余端口與傳感光纜(8)的任意一端相連，傳感光纜(8)另一端與反光鏡(9)相連；點(diǎn)式溫度傳感器(10)與計(jì)算機(jī)(6)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是光纖脈沖激光器(I)的中心波長(zhǎng)為1550nm，光譜3dB帶寬為0.3nm，激光脈沖寬度為15ns，峰值功率O?100W可調(diào)，重復(fù)頻率0.5?20kHz。
3.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是光纖波分復(fù)用器(2)的帶寬為7nm。
4.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是第一光電接收模塊(3)和第二光電接收模塊(4)分別把反斯托克斯光和斯托克斯光轉(zhuǎn)換成電信號(hào)并放大，使其電壓范圍與數(shù)據(jù)采集模塊(5)的輸入電壓范圍匹配，光電接收模塊采用的是APD探測(cè)電路，其3dB帶寬為80MHz。
5.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是數(shù)據(jù)采集模塊(5)的采樣率為IOOMHz。
6.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是標(biāo)定光纜(7)和傳感光纜(8)是相同的62.5-125um的漸變折射率多模光纖，標(biāo)定光纜(7)長(zhǎng)度為220m，包括200m盲區(qū)，傳感光纜(8)安裝在電纜表面。
7.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是反光鏡(9)對(duì)于1550nm、1450nm和1663nm光的反射率應(yīng)達(dá)到99%。
8.如權(quán)利要求1所述的衰減自補(bǔ)償?shù)墓饫w拉曼電纜溫度監(jiān)測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)，其特征是點(diǎn)式溫度傳感器(10)與計(jì)算機(jī)(6)相連，用于反饋標(biāo)定光纜(7)的溫度信息。
【文檔編號(hào)】G01K11/32GK203811294SQ201320465012
【公開(kāi)日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】魏鵬, 何偉, 任志剛, 楊晶晶, 齊好奎, 黃明潔, 馮樹(shù)輝, 張陽(yáng), 李成貴 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)山東省電力公司濰坊供電公司