專利名稱：一種電纜防盜防破壞預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種電纜防盜預(yù)警方法及裝 置，適用于動(dòng)力電纜和電力電纜的防盜和預(yù)警。
技術(shù)背景近年來，電纜由于人為的偷盜活動(dòng)和暴力施工造成破壞事故頻發(fā)，給工業(yè) 生產(chǎn)和日常生活造成巨大的損失。目前市場(chǎng)上的電纜防盜產(chǎn)品絕大部分是通過 電力線載波，檢測(cè)線路斷電斷相后報(bào)警，此時(shí)失竊既成事實(shí)。而用于橋梁、大 壩的應(yīng)力傳感測(cè)量方法，對(duì)于盜竊過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)性能不高，無法及時(shí)反映情況。 國內(nèi)目前已有提出采用光纖干涉儀或干涉環(huán)的方法，但需要至少鋪設(shè)2根光纖分開排列，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工程上不好實(shí)現(xiàn)，對(duì)多點(diǎn)同時(shí)發(fā)生的破壞事件定位困難； 它不能體現(xiàn)外力作用的強(qiáng)烈程度，而電纜線處在街道鬧市區(qū)，環(huán)境復(fù)雜，隨時(shí) 隨地都有外力作用在其上，而現(xiàn)有技術(shù)不能區(qū)別正常外力作用和破壞事件。如對(duì)比文獻(xiàn)l、基于反饋環(huán)全光纖干涉的定位系統(tǒng)傳感器與微系統(tǒng)2006,25(1)。 對(duì)比文獻(xiàn)2、 Distributed disturbance sensor based on a novel Mach-Zehnder interferometer with fiber loop. Proc of Adnvanced laser Technol.2005:6344。對(duì)比 文獻(xiàn)3、 Distributed fiber Brillouin strain sensing with 1-cm spatial resolution by correlation-based continuous-wave technique IEEE Photon technol lett 2002 ， 14 (2)。文獻(xiàn)3的主要缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能不好。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電纜防盜防破壞預(yù)警方法， 這種方法，能體現(xiàn)外力作用的強(qiáng)烈程度，能區(qū)別正常外力作用和破壞事件，在 電纜被盜及破壞過程中監(jiān)測(cè)到破壞事件并對(duì)電纜被破壞地點(diǎn)準(zhǔn)確定位。本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種電纜防盜防破壞預(yù)警方法，在分布式相敏OTDR 的基礎(chǔ)上，利用彈光效應(yīng)和光干涉的原理對(duì)光強(qiáng)曲線進(jìn)行分析，其特征在于通過光強(qiáng)時(shí)間的差值曲線的波形振蕩周期數(shù)和持續(xù)時(shí)間來判斷外力破壞事件和/或破壞地點(diǎn)，方法的具體步驟如下1) 一根光纖敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或電纜表面或附近；2) 以窄線寬脈沖光源1發(fā)出一個(gè)脈沖光信號(hào)為一次測(cè)量，在一次測(cè)量中窄線寬脈沖光源i發(fā)出脈沖光信號(hào)時(shí)刻為零時(shí)刻，在r-^時(shí)刻為終點(diǎn)時(shí)刻，其中C為光速，n為窄線寬脈沖光源l發(fā)出的脈沖光信號(hào)在光纖 中傳輸?shù)挠行д凵渎剩?為光纖4的總長度；3) 在一次測(cè)量時(shí)間內(nèi)，光電探測(cè)器3探測(cè)光纖4中的后向散射光的功率P 隨時(shí)間的變化，由計(jì)算機(jī)描繪出光功率P的時(shí)間曲線f(0"'是第/次測(cè) 量的結(jié)果；4) 為保證測(cè)量的精度，連續(xù)進(jìn)行N次測(cè)量，N<10，將N次測(cè)量的結(jié)果按 照對(duì)應(yīng)時(shí)間進(jìn)行平均，按下式求出平均光強(qiáng)時(shí)間曲線P(O_ ;柳5) 將各時(shí)間段的平均光強(qiáng)時(shí)間曲線按照相對(duì)應(yīng)的時(shí)間取差值，若差值曲線 在每時(shí)每刻都幾乎為零，則判斷沒有外力作用；若差值曲線在某時(shí)刻t 有較大的變化，則判斷有外力作用；6) 是否發(fā)生外力破壞或盜竊事件根據(jù)以下方法判斷取差值曲線中，相鄰的一個(gè)峰值和一個(gè)谷值為一個(gè)周期，差值曲線在 某時(shí)刻的振蕩周期數(shù)m較環(huán)境振蕩周期數(shù)大于或等于5，且在大于或 等于IO秒鐘內(nèi)的測(cè)量中持續(xù)存在，則判斷外力破壞事件正在發(fā)生；7) 如出現(xiàn)差異的點(diǎn)發(fā)生在平均光強(qiáng)時(shí)間曲線的t時(shí)刻，則外力破壞點(diǎn)距離 分光器件2的長度L由以下計(jì)算得出厶=—其中，C為光速，n為窄線寬脈沖光源1發(fā)出的脈沖光信號(hào)在光纖中傳 輸?shù)挠行д凵渎?。?shí)現(xiàn)上述方法的電纜防盜預(yù)警裝置，由光源l、分光器件2、光電探測(cè)器3、 光纖4、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)6組成。其工作過程是由數(shù)據(jù)處理及處理系統(tǒng)6 產(chǎn)生控制信號(hào)，控制光源1發(fā)出的信號(hào)光通過分光器件2進(jìn)入光纖4，光纖4 與電纜5采用內(nèi)敷設(shè)或外敷設(shè)結(jié)合在一起或敷設(shè)于電纜所在的電纜溝內(nèi)，光纖 4中的后向散射光通過分光器件2進(jìn)入光電探測(cè)器3,光電探測(cè)器3中的信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)6處理得出光強(qiáng)時(shí)間曲線，通過曲線的變化得出外力作用 點(diǎn)的信息。窄線寬脈沖光源1發(fā)出的光通過分光器件2進(jìn)入光纖4，光纖4與電纜5 采用內(nèi)敷設(shè)或外敷設(shè)結(jié)合在一起或敷設(shè)于電纜所在的電纜溝內(nèi)，光纖4中的后 向散射光通過分光器件2進(jìn)入光電探測(cè)器3，構(gòu)成電纜外力破壞預(yù)防裝置。本發(fā)明中，窄線寬脈沖光源1是光纖激光器構(gòu)成的光源，或半導(dǎo)體激光器 構(gòu)成的光源；窄線寬脈沖光源1由脈沖激光器構(gòu)成，或由連續(xù)激光器通過電光 調(diào)制器調(diào)制而成；窄線寬脈沖光源1的中心波長為1310nm,1550nm或850nm。本發(fā)明中分光器件2是環(huán)形器，或1X2光纖耦合器。本發(fā)明中，光纖4是單模光纖，或多模光纖。


圖1實(shí)施本發(fā)明方法的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是沒有外力作用時(shí)的光強(qiáng)時(shí)間曲線，橫坐標(biāo)為時(shí)間，縱坐標(biāo)為歸一化 的相對(duì)光強(qiáng)。圖3是有人走動(dòng)時(shí)的環(huán)境光強(qiáng)時(shí)間曲線。 圖4是模擬外力破壞時(shí)的光強(qiáng)時(shí)間曲線。
具體實(shí)施方式
圖l中標(biāo)記的說明l一光源，2—分光器件，3 —光電探測(cè)器，4一光纖，5 —電纜，6—信號(hào)采集及處理系統(tǒng)。下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。利用圖1的所示的裝置，光源1中心波長為1550nm，為美國NP-PHOTONICS 公司生產(chǎn)的窄線寬連續(xù)光源，分光器件2 (光纖耦合器)由武漢光迅公司提供， 光電探測(cè)器3是Perkinelmer公司提供的銦鉀砷光電探測(cè)器，所用光纖4為長飛 公司的單模光纖，光纖各器件之間用光纖熔接機(jī)焊接。外力作用在光纖4上的 位置距離分光器件2的距離為2km，光纖4長度為12km。在沒有外力作用的 時(shí)，光強(qiáng)時(shí)間曲線如圖2所示； 一個(gè)80kg的人在光纖4上距離起點(diǎn)2km處走 動(dòng)對(duì)光纖施加外力，得到如圖3所示光強(qiáng)時(shí)間曲線； 一個(gè)人以用力拖拽的方式 施加外力得到如圖4所示的光強(qiáng)曲線。是否發(fā)生外力破壞或盜竊事件可以根據(jù)以下方法判斷根據(jù)彈光效應(yīng)，外力作用點(diǎn)的相位變化AO)正比于外力作用強(qiáng)度，由于光 在返回探測(cè)器時(shí)發(fā)生干涉，導(dǎo)致光強(qiáng)隨相位變化而變化，表現(xiàn)為外力作用越強(qiáng) 烈，光強(qiáng)變化所經(jīng)歷的周期越多。取差值曲線中，相鄰的一個(gè)峰值和一個(gè)谷值 為一個(gè)周期，差值曲線在某時(shí)刻的振蕩周期數(shù)m越多，則其對(duì)應(yīng)的地段受到的 外力作用越強(qiáng)烈。差值曲線在某時(shí)刻的振蕩周期數(shù)m較環(huán)境的振蕩周期數(shù)大于 或等于5，且在大于或等于10秒鐘內(nèi)的測(cè)量中持續(xù)存在，則可判斷外力破壞事 件正在發(fā)生。對(duì)圖3和圖4進(jìn)行比較，圖3的是在人走動(dòng)情況下的光強(qiáng)時(shí)間曲線(相當(dāng) 于環(huán)境的光強(qiáng)時(shí)間曲線)，圖4是模擬外力破壞的情況下的光強(qiáng)時(shí)間曲線，圖3 相對(duì)圖2在2km (20us)處僅有一個(gè)波峰，而圖4相對(duì)于圖3，在2km(20us)處 發(fā)生強(qiáng)烈振蕩，有5個(gè)周期的振蕩，由此判斷有外力破壞事件發(fā)生，說明所敘 述的方法能夠有效的判斷外力破壞事件。外力破壞點(diǎn)距離分光器件2的長度L與光強(qiáng)時(shí)間曲線發(fā)生變化的時(shí)間t由 以下關(guān)系得出。圖4中t為20微秒，得出L為2km,測(cè)試誤差不超過100m。結(jié)果表明本 方法可以很好的實(shí)現(xiàn)對(duì)電纜的外力破壞地段定位的目的。
權(quán)利要求
1、一種電纜防盜防破壞預(yù)警方法，在分布式相敏OTDR的基礎(chǔ)上，利用彈光效應(yīng)和光干涉的原理對(duì)光強(qiáng)曲線進(jìn)行分析，其特征在于通過光強(qiáng)時(shí)間的差值曲線的波形振蕩周期數(shù)和持續(xù)時(shí)間來判斷外力破壞事件和/或破壞地點(diǎn)，方法的具體步驟如下1)將一根光纖敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或電纜表面或附近；2)以窄線寬脈沖光源發(fā)出一個(gè)脈沖光信號(hào)為一次測(cè)量，在一次測(cè)量中窄線寬脈沖光源發(fā)出脈沖光信號(hào)時(shí)刻為零時(shí)刻，在<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><mi>T</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mn>2</mn><mi>an</mi> </mrow> <mi>C</mi></mfrac> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100470073C00011.gif" wi="59" he="37" img-content="drawing" img-format="tif"/-->時(shí)刻為終點(diǎn)時(shí)刻，其中C為光速，n為窄線寬脈沖光源發(fā)出的脈沖光信號(hào)在光纖中傳輸?shù)挠行д凵渎?，a為光纖的總長度；3)在一次測(cè)量時(shí)間內(nèi)，光電探測(cè)器探測(cè)光纖中的后向散射光的功率P隨時(shí)間的變化，由計(jì)算機(jī)描繪出光功率P的時(shí)間曲線Pi(t)，i是第i次測(cè)量的結(jié)果；4)為保證測(cè)量的精度，連續(xù)進(jìn)行N次測(cè)量，N＜10，將N次測(cè)量的結(jié)果按照對(duì)應(yīng)時(shí)間進(jìn)行平均，按下式求出平均光強(qiáng)時(shí)間曲線
全文摘要
一種電纜防盜防破壞預(yù)警方法，通過光強(qiáng)時(shí)間的差值曲線的波形振蕩周期數(shù)和持續(xù)時(shí)間來判斷外力破壞事件和/或破壞地點(diǎn)，具體步驟如下將一根光纖敷設(shè)在電纜溝內(nèi)或電纜表面或附近；以窄線寬脈沖光源發(fā)出一個(gè)脈沖光信號(hào)為一次測(cè)量，連續(xù)進(jìn)行N＜10次測(cè)量；將N次測(cè)量的結(jié)果按照對(duì)應(yīng)時(shí)間進(jìn)行平均，得出平均光強(qiáng)時(shí)間曲線P(t)；將各時(shí)間段的平均光強(qiáng)時(shí)間曲線按照相對(duì)應(yīng)的時(shí)間取差值；若差值曲線在某時(shí)刻t振蕩周期數(shù)m較環(huán)境振蕩周期數(shù)大于或等于5，且在大于或等于10秒鐘內(nèi)的測(cè)量中持續(xù)存在，則可判斷外力破壞事件正在發(fā)生。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101256102SQ20081004700
公開日2008年9月3日 申請(qǐng)日期2008年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月7日
發(fā)明者李水冰, 偉 王, 宇 王, 磊 王, 青 莫 申請(qǐng)人:武漢華瑞電力科技股份有限公司