一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】的一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括窄譜光源、第一耦合器、偏振控制器PC、電光調(diào)制器EOM、脈沖發(fā)生器、第一隔離器、第一摻鉺光纖放大器EDFA、第二隔離器、第一光濾波器、環(huán)形器、起偏器、傳感光纖、第二耦合器、第二摻鉺光纖放大器EDFA、檢偏器、第三隔離器、第二光濾波器、第一光電檢測(cè)器、第二光電檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集與顯示單元和時(shí)鐘控制單元。本實(shí)用新型通過檢測(cè)背向瑞利散射光的偏振態(tài)和相位來實(shí)現(xiàn)海底電纜運(yùn)行過程中的溫度和應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)外界破壞、絕緣劣化、漏電、接地故障等狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
【專利說明】一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于測(cè)量【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]我國(guó)海岸線長(zhǎng)達(dá)3.2萬公里，大小島嶼有6500多個(gè)，領(lǐng)海面積約473萬平方公里，海上工作平臺(tái)眾多，海底電纜在遠(yuǎn)程供電、高壓輸電、電力通信、信號(hào)傳輸、保證海島居民的生產(chǎn)生活和海上工作平臺(tái)正常運(yùn)行中起關(guān)鍵作用。
[0003]由于受到海水的沖刷、侵蝕等因素，容易造成海底電纜的絕緣老化、阻水性能變差，使得海底電纜產(chǎn)生漏電流，從而造成海底電纜在故障點(diǎn)處的溫度升高，進(jìn)而引起更大的故障，譬如:接地短路故障等。海底電纜負(fù)載電流的變化，也會(huì)使海底電纜的溫度產(chǎn)生變化，即海底電纜溫度的變化可以反映海底電纜的運(yùn)行狀況，為使海底電纜在安全的溫度范圍內(nèi)運(yùn)行，延長(zhǎng)海底電纜使用壽命，有必要對(duì)海底電纜健康狀況進(jìn)行日常監(jiān)控維護(hù)。
[0004]隨著海洋開發(fā)利用活動(dòng)的日益增加，海域內(nèi)的養(yǎng)殖、漁網(wǎng)、船錨等對(duì)海纜運(yùn)行的影響不容忽視，并且傳統(tǒng)方式下，受落錨、拋錨、漁業(yè)捕撈、船只拖拽、岸基作業(yè)等破壞時(shí)無法預(yù)警，對(duì)事故點(diǎn)的準(zhǔn)確定位及肇事船只的確認(rèn)以及斷纜線頭打撈困難，影響了事故搶修和損失理賠。因此研究海底電纜健康狀況監(jiān)測(cè)的新方法、新手段，對(duì)于確保電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行、構(gòu)建堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)具有非常重要的意義。
[0005]在海底電纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的光時(shí)域反射器(OTDR)利用光在光纖中傳輸產(chǎn)生的背向瑞利散射信號(hào)進(jìn)行海纜故障點(diǎn)定位，但這種技術(shù)只能在海纜已經(jīng)被侵害事件破壞產(chǎn)生斷裂后進(jìn)行檢測(cè)，無法實(shí)現(xiàn)侵害事件的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。光時(shí)域背向拉曼散射分布式光纖傳感器(ROTDR)利用多模光纖中的背向拉曼散射信號(hào)測(cè)量光纖沿線的溫度分布，無法實(shí)現(xiàn)應(yīng)變測(cè)量，因此該技術(shù)只能實(shí)現(xiàn)海纜溫度信息的在線監(jiān)測(cè)，無法對(duì)落錨、船只拖曳等應(yīng)變事件進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。因此，海底電纜迫切需要一種有效的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對(duì)【背景技術(shù)】中提到的傳統(tǒng)的海底電纜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中無法實(shí)現(xiàn)海纜運(yùn)行過程中的溫度和應(yīng)變的在線監(jiān)測(cè)問題，本實(shí)用新型提出了一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
[0007]—種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括窄譜光源、第一耦合器、偏振控制器PC、電光調(diào)制器Ε0Μ、脈沖發(fā)生器、第一隔離器、第一摻鉺光纖放大器EDFA、第二隔離器、第一光濾波器、環(huán)形器、起偏器、傳感光纖、第二耦合器、第二摻鉺光纖放大器EDFA、檢偏器、第三隔離器、第二光濾波器、第一光電檢測(cè)器、第二光電檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集與顯示單元和時(shí)鐘控制單元；
[0008]其中，所述窄譜光源、第一耦合器、偏振控制器PC、電光調(diào)制器Ε0Μ、第一隔離器、第一摻鉺光纖放大器EDFA、第二隔離器、第一光濾波器、環(huán)形器、起偏器和傳感光纖順次連接；
[0009]所述脈沖發(fā)生器分別與所述時(shí)鐘控制單元和電光調(diào)制器EOM連接；[0010]所述時(shí)鐘控制單元分別與所述窄譜光源和數(shù)據(jù)采集與顯示單元連接；
[0011]所述第二耦合器分別與所述環(huán)形器、第二摻鉺光纖放大器EDFA和檢偏器連接；
[0012]所述第二摻鉺光纖放大器EDFA、第三隔離器、第二光濾波器、第一光電檢測(cè)器和數(shù)據(jù)采集與顯示單元順次連接；
[0013]所述檢偏器、第二光電檢測(cè)器和數(shù)據(jù)采集與顯示單元順次連接。
[0014]所述窄譜光源譜寬為3kHz?12.5GHz。
[0015]所述第一光濾波器包括光環(huán)形器和光纖布拉格光柵；所述第一光濾波器帶寬等于光源譜寬。
[0016]所述第二光濾波器包括光環(huán)形器和光纖布拉格光柵；所述第二光濾波器帶寬等于光源譜寬。
[0017]本實(shí)用新型的有益效果是，通過檢測(cè)背向瑞利散射光的偏振態(tài)和相位來實(shí)現(xiàn)海底電纜運(yùn)行過程中的溫度和應(yīng)變，從而實(shí)現(xiàn)外界破壞、絕緣劣化、漏電、接地故障等狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。不僅提高了設(shè)備的利用率，降低了監(jiān)測(cè)成本，還大幅減小了漏報(bào)率和誤判率，可實(shí)現(xiàn)對(duì)海纜的立體化、大范圍、全線路、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)海底電纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行有
重要意義。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型提供的光電復(fù)合海纜的測(cè)量連接圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型提供的將通信光纜纏繞在普通海底電纜上進(jìn)行測(cè)量的連接圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型提供的海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖；
[0021]其中，1-海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；2_光電復(fù)合海纜；3_光電復(fù)合海纜中復(fù)合的單模光纖；4_普通海底電纜；5_通信光纜中的單模光纖；6_第一耦合器；7_第一隔離器；8-第二隔離器；9_環(huán)形器；10-起偏器；11-光纖布拉格光柵；12-第三隔離器；13-傳感光纖；14第二稱合器。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖，對(duì)優(yōu)選實(shí)施例作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本實(shí)用新型的范圍及其應(yīng)用。
[0023]圖1是本實(shí)用新型提供的光電復(fù)合海纜的測(cè)量連接圖。圖1中，海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I直接與光電復(fù)合海纜2中復(fù)合的單模光纖3進(jìn)行連接。
[0024]圖2是本實(shí)用新型提供的將通信光纜纏繞在普通海底電纜上進(jìn)行測(cè)量的連接圖。圖2中，海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)I與通信光纜中的單模光纖5進(jìn)行連接。
[0025]圖3為本實(shí)用新型提供的海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。圖3中，瑞利散射光相位檢測(cè)一般要求譜寬非常窄，采用超窄線寬激光器。因?yàn)槿绻す馄黝l譜寬度較大，產(chǎn)生的激光脈沖就含有各種頻譜成分，這些信號(hào)的瑞利后向散射同時(shí)到達(dá)探測(cè)器時(shí)會(huì)發(fā)射疊力口，而不是超窄線寬激光器的干涉。選擇適合的半導(dǎo)體激光器作為光源，為了同時(shí)實(shí)現(xiàn)瑞利散射光相位和偏振態(tài)的同時(shí)檢測(cè)，需要仔細(xì)選擇光源譜寬，譜寬必須在3kHz?12.5GHz之間選擇，既可以確保干涉效應(yīng)發(fā)生，同時(shí)干涉效應(yīng)也不能太強(qiáng)而完全淹沒偏振態(tài)調(diào)制的效果O[0026]為了實(shí)現(xiàn)分布型測(cè)量，需要向傳感光纖注入脈沖光，該系統(tǒng)通過間接調(diào)制的方式將激光調(diào)制成脈沖光。時(shí)鐘控制單元觸發(fā)窄譜光源，使其產(chǎn)生適合系統(tǒng)檢測(cè)的窄譜光。同時(shí)，時(shí)鐘控制單元觸發(fā)脈沖發(fā)生器，脈沖發(fā)生器開始工作，產(chǎn)生符合系統(tǒng)要求的脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)通過電光調(diào)制器去調(diào)制窄譜光，使其變成脈沖光。為了防止該脈沖光反向傳輸對(duì)窄譜光源造成損害，加入第一隔離器，保證脈沖光在光纖中單向傳輸。將連續(xù)光調(diào)制成脈沖光信號(hào)后，光功率較低，需要經(jīng)過第一摻鉺光纖放大器EDFA進(jìn)行放大，第一摻鉺光纖放大器EDFA會(huì)給系統(tǒng)引入自發(fā)輻射噪聲，需要經(jīng)過帶寬等于光源譜寬的第一光濾波器濾除該噪聲信號(hào)，該光濾波器由光環(huán)形器和光纖布拉格光柵組成。去噪后的脈沖光通過環(huán)形器的c 口注入到傳感光纖中。光在光纖中傳輸，會(huì)產(chǎn)生瑞利散射，發(fā)生在背向的瑞利散射信號(hào)沿著光纖反向傳輸，到達(dá)環(huán)形器的d 口，散射光在環(huán)形器里單向傳輸通過e 口輸出，輸出的背向散射光經(jīng)耦合器的f 口等比例分成兩路。第二耦合器g 口光信號(hào)經(jīng)過第二摻鉺光纖放大器EDFA放大濾波后直接送入第一光電檢測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換,稱合器h 口光信號(hào)經(jīng)過一個(gè)檢偏器檢測(cè)偏振態(tài)后再通過第二光電檢測(cè)器轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。由于在反射點(diǎn)處散射光與前向傳輸光的偏振態(tài)完全相同，因此背向瑞利散射光就攜帶有散射點(diǎn)處前向傳輸光的偏振信息，因此通過檢測(cè)偏振信息就可以獲知該散射點(diǎn)處的狀態(tài)信息。同時(shí)，從光纖中不同部分返回的瑞利散射光同樣帶有反射點(diǎn)處前向傳輸光的相位信息，經(jīng)過干涉作用后，這束背向瑞利散射光的功率大小也會(huì)受到相位的調(diào)制,變?yōu)橛幸欢ㄒ?guī)律的波動(dòng)，因此通過檢測(cè)相位信息就可以獲知該散射點(diǎn)處的狀態(tài)信息。時(shí)鐘控制單元控制數(shù)據(jù)采集和顯示單元采集兩路光信號(hào)并進(jìn)行去噪等處理，提取瑞利散射光信號(hào)的偏振態(tài)和相位信息，從而實(shí)現(xiàn)光纖沿線的溫度和應(yīng)變信息監(jiān)測(cè)。最后通過溫度和應(yīng)變的變化來分析海纜的運(yùn)行狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)海底電纜的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。
[0027]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括窄譜光源、第一稱合器、偏振控制器PC、電光調(diào)制器EOM、脈沖發(fā)生器、第一隔離器、第一摻鉺光纖放大器EDFA、第二隔離器、第一光濾波器、環(huán)形器、起偏器、傳感光纖、第二耦合器、第二摻鉺光纖放大器EDFA、檢偏器、第三隔離器、第二光濾波器、第一光電檢測(cè)器、第二光電檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集與顯示單元和時(shí)鐘控制單兀； 其中，所述窄譜光源、第一耦合器、偏振控制器PC、電光調(diào)制器EOM、第一隔離器、第一摻鉺光纖放大器EDFA、第二隔離器、第一光濾波器、環(huán)形器、起偏器和傳感光纖順次連接； 所述脈沖發(fā)生器分別與所述時(shí)鐘控制單元和電光調(diào)制器EOM連接； 所述時(shí)鐘控制單元分別與所述窄譜光源和數(shù)據(jù)采集與顯示單元連接； 所述第二耦合器分別與所述環(huán)形器、第二摻鉺光纖放大器EDFA和檢偏器連接； 所述第二摻鉺光纖放大器EDFA、第三隔離器、第二光濾波器、第一光電檢測(cè)器和數(shù)據(jù)采集與顯示單元順次連接； 所述檢偏器、第二光電檢測(cè)器和數(shù)據(jù)采集與顯示單元順次連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述窄譜光源譜寬為 3kHz ?12.5GHz。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述第一光濾波器包括光環(huán)形器和光纖布拉格光柵；所述第一光濾波器帶寬等于光源譜寬。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海底電纜實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述第二光濾波器包括光環(huán)形器和光纖布拉格光柵；所述第二光濾波器帶寬等于光源譜寬。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK203502527SQ201320558655
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年9月9日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月9日
【發(fā)明者】趙麗娟, 李永倩, 翟麗娜, 趙旭 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)（保定）