一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，應(yīng)用于電纜溝電纜溫度監(jiān)測(cè)的分布式光纖測(cè)溫，具體涉及一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電力電纜在電網(wǎng)和動(dòng)力電纜大型工業(yè)企業(yè)的應(yīng)用，其使用量越來越多，對(duì)其運(yùn)行可靠性的監(jiān)測(cè)也越來越受到重視，電纜溝鋪設(shè)電纜的方式，雖然具有成本高、投資大、不便維護(hù)等缺點(diǎn)，但其與外界隔離、運(yùn)行可靠性高，不占用底面和架空線路，因而此種鋪設(shè)方式往往是最佳的選擇。
[0003]電纜在運(yùn)行過程中由于電流通過而發(fā)熱老化，當(dāng)溫度超過其耐受溫度時(shí)，引起加速老化，最終縮短電纜壽命，甚至引起火災(zāi)停電等嚴(yán)重事故。因此，電纜運(yùn)行溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)對(duì)于掌握電纜的工作狀況、預(yù)防重大事故的發(fā)生，在人員安全的保障和經(jīng)濟(jì)損失的避免上是有重要意義的；傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)電纜溫度的方式，多為分散性的溫度探測(cè)器，探測(cè)范圍小，集中度不高，實(shí)時(shí)性不強(qiáng)，維護(hù)性差，或者采用感溫電纜的測(cè)溫方式，由于其電介質(zhì)特性，在長(zhǎng)線和惡劣的電磁環(huán)境下易受外界干擾，因而可靠性和維護(hù)性差，容易誤報(bào)警等。另外感溫測(cè)溫只能定性，無法定量，因而不能給維護(hù)人員提供同一位置點(diǎn)在不同時(shí)刻的溫度變化趨勢(shì)等寶貴信息。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的為解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題，提供了一種監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、可靠性高、不受電磁干擾、適用于惡劣工業(yè)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的分布式的基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括激光器、光纖放大器、波分復(fù)用器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、采集控制模塊、傳感光纖、上位機(jī)和若干路光電轉(zhuǎn)換模塊，所述激光器輸出的激光信號(hào)接入光纖放大器，光纖放大器輸出的脈沖放大信號(hào)接入波分復(fù)用器輸出至傳感光纖和光電轉(zhuǎn)換模塊，光纖放大器同時(shí)獲取傳感光纖的背向散射信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述采集控制模塊將采集到激光器和數(shù)模換模塊的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并將解調(diào)處理的數(shù)據(jù)交給上位機(jī)。
[0006]優(yōu)選地，所述激光器采用了波長(zhǎng)為1550nm的窄線寬DFB激光器。
[0007]優(yōu)選地，所所述波分復(fù)用器輸出兩路信號(hào)至光轉(zhuǎn)換模塊，所述波分復(fù)用器內(nèi)部還包括兩個(gè)光濾波器和兩個(gè)分光器，所述內(nèi)部?jī)蓚€(gè)分光器分光比為80 %: 20 %，兩個(gè)光濾波器的通過波長(zhǎng)分別為1445-1475nm和1645_1680nm。
[0008]優(yōu)選地，所述光電轉(zhuǎn)換模塊采用InGaAs雪崩光電二極管，其波長(zhǎng)范圍為900-1700nm，帶寬在 500MHz 以上。
[0009]優(yōu)選地，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊的采樣率數(shù)至少為lOOMsps，分辨率至少為12bit。
[0010]優(yōu)選地，所述采集控制模塊產(chǎn)生的脈沖周期為lOOus，采集控制的傳感光纖至少為1km0
[0011]綜上所述，本實(shí)用新型具有以下有益效果:
[0012](I)本實(shí)用新型采用傳感光纖蛇形鋪設(shè)于被監(jiān)測(cè)電纜的監(jiān)測(cè)方式，與傳統(tǒng)的包含導(dǎo)電體的線型傳感電纜相比，具有無源、本征安全、量化測(cè)溫，對(duì)電磁干擾不敏感、誤報(bào)率低，使用壽命長(zhǎng)，維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
[0013](2)本實(shí)用新型克服傳統(tǒng)電纜溫度監(jiān)測(cè)方式的缺點(diǎn)，很好地利用了光纖的本征絕緣和分布式的特性，其監(jiān)測(cè)距離長(zhǎng)、可靠性高、不受電磁干擾適用于惡劣工業(yè)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)的分布式影響。
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施實(shí)例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要的附圖做簡(jiǎn)單地介紹，顯然，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，在不付出創(chuàng)造性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1是本實(shí)用新型一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖
[0016]圖2是本實(shí)用新型一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的最佳實(shí)施例原理結(jié)構(gòu)圖
[0017]圖3是本實(shí)用新型中傳感光纖與電纜布局的鋪設(shè)結(jié)構(gòu)圖。
[0018]附圖中，1-激光器，2-光纖放大器，3-波分復(fù)用器，4-采集控制模塊，5-光轉(zhuǎn)換模塊，6-數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，7-上位機(jī)、8-傳感光纖，9-電纜。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面將結(jié)合本實(shí)用新型實(shí)例中的附圖，對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本實(shí)用新型一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
[0020]結(jié)合圖1，一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括激光器1、光纖放大器2、波分復(fù)用器3、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊6、采集控制模塊4、傳感光纖8、上位機(jī)7和若干路光電轉(zhuǎn)換模塊5，所述激光器I輸出的激光信號(hào)接入光纖放大器2，光纖放大器2輸出的脈沖放大信號(hào)接入波分復(fù)用器3輸出至傳感光纖8和光電轉(zhuǎn)換模塊5，光纖放大器2同時(shí)獲取傳感光纖8的背向散射信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換模塊5用于將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)理放大，最后輸出給雙通道高速數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊6，所述采集控制模塊4將采集到激光器I和數(shù)模換模塊5的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并將解調(diào)處理的數(shù)據(jù)交給上位機(jī)7。
[0021]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，所述激光器I為脈沖激光器，采用了波長(zhǎng)為1550nm的窄線寬DFB激光器，功率為10mW，其輸出與光纖放大器2的輸入端相連；光纖放大器2選用包含1550nm波長(zhǎng)放大波段的20dB的EDFA放大器，光纖放大器2的輸出連接到波分復(fù)用器3的輸入端。
[0022]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，結(jié)合圖2，所述波分復(fù)用器3輸出兩路信號(hào)至光轉(zhuǎn)換模塊6，述波分復(fù)用器3內(nèi)部還包括兩個(gè)光濾波器和兩個(gè)分光器，所述內(nèi)部?jī)蓚€(gè)分光器分光比為80%: 20%，兩個(gè)光濾波器的通過波長(zhǎng)分別為1445-1475nm和1645_1680nm ;波分復(fù)用器3將光纖放大器2的輸入/輸出端口接入傳感光纖8，并且獲取傳感光纖8的背向散射信號(hào)，傳感光纖8的背向散射信號(hào)經(jīng)波分復(fù)用器3內(nèi)部的80%:20%分光器輸出成2路背向散射信號(hào)，其中分光80%的背向散射信號(hào)經(jīng)通帶范圍為1445-1475nm的光濾波器后生成反斯托克斯光信號(hào)給光電轉(zhuǎn)換模塊51，分光20%的背向散射信號(hào)經(jīng)通帶范圍為1645-1680nm的光濾波器后生成斯托克斯光信號(hào)給光電轉(zhuǎn)換模塊52 ;按照80%:20%分配是因?yàn)樾盘?hào)光反斯托斯克光信號(hào)比參考光斯托斯克光信號(hào)小接近一個(gè)量級(jí)，采用此比例分光能盡可能提高系統(tǒng)的信噪比。
[0023]在本實(shí)施例中，所述光電轉(zhuǎn)換模塊5采用InGaAs雪崩光電二極管(APD)，其波長(zhǎng)范圍為900-1700nm，帶寬在500MHz以上；所述光電轉(zhuǎn)換模塊5必須有足夠帶寬，才使得系統(tǒng)能夠達(dá)到I米的空間分辨率，所述光電轉(zhuǎn)換模塊5的噪聲性能必須足夠好，否則系統(tǒng)的信噪比將大大降低，影響在同樣采集時(shí)間內(nèi)的系統(tǒng)的空間分辨率性能、溫度分辨率性能和測(cè)量距離。
[0024]作為本實(shí)用新型的最佳實(shí)施例，結(jié)合圖2，所述光電轉(zhuǎn)換模塊51和光電轉(zhuǎn)換模塊52的輸出端接入數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊6的兩個(gè)獨(dú)立輸入端，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7對(duì)光電轉(zhuǎn)換模塊51和光電轉(zhuǎn)換模塊52輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化和數(shù)字信號(hào)處理操作之后將數(shù)據(jù)交給采集控制模塊4，所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊6至少具有l(wèi)OOMsps的采樣率，分辨率至少為12bit，否則達(dá)不到I米空間分辨率的要求和測(cè)溫范圍、測(cè)溫精度的要求。
[0025]所述采集控制模塊4為激光器I提供周期性的脈沖驅(qū)動(dòng)，并按照時(shí)鐘節(jié)律周期性的采集累加由數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊7數(shù)字化后的信號(hào)，在本實(shí)施例中，采集控制模塊4產(chǎn)生的脈沖周期為lOOus，對(duì)應(yīng)能夠采集長(zhǎng)度至少為1km的傳感光纖(8)，所述采集控制模塊4將采集到的信號(hào)光反斯托克斯光信號(hào)和斯托克斯光信號(hào)進(jìn)行對(duì)比解調(diào)出傳感光纖所在環(huán)境的溫度值；為了提高動(dòng)力電纜的溫度監(jiān)測(cè)效果，將傳感光纖8以“蛇形”或“S型”走線方式敷設(shè)在動(dòng)力電纜9上，如圖3所示。
[0026]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本使用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:包括激光器(1)、光纖放大器(2)、波分復(fù)用器(3)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(6)、采集控制模塊(4)、傳感光纖(8)、上位機(jī)(7)和若干路光電轉(zhuǎn)換模塊(5)，所述激光器(I)輸出的激光信號(hào)接入光纖放大器(2)，光纖放大器(2)輸出的脈沖放大信號(hào)接入波分復(fù)用器(3)輸出至傳感光纖(8)和光電轉(zhuǎn)換模塊(5)，光纖放大器(2)同時(shí)獲取傳感光纖(8)的背向散射信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換模塊(5)將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊￠)，所述采集控制模塊(4)將采集到激光器(I)和數(shù)模換模塊(5)的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并將解調(diào)處理的數(shù)據(jù)交給上位機(jī)(7)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述激光器(I)采用了波長(zhǎng)為1550nm的窄線寬DFB激光器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所所述波分復(fù)用器(3)輸出兩路信號(hào)至光轉(zhuǎn)換模塊￠)，所述波分復(fù)用器(3)內(nèi)部還包括兩個(gè)光濾波器和兩個(gè)分光器，所述內(nèi)部?jī)蓚€(gè)分光器分光比為80%: 20%，兩個(gè)光濾波器的通過波長(zhǎng)分別為1445-1475nm和1645_1680nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述光電轉(zhuǎn)換模塊(5)采用InGaAs雪崩光電二極管，其波長(zhǎng)范圍為900-1700nm，帶寬在500MHz以上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊(6)的采樣率數(shù)至少為lOOMsps，分辨率至少為12bit。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于:所述采集控制模塊(4)產(chǎn)生的脈沖周期為lOOus，采集控制的傳感光纖(8)至少為1km0
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及分布式光纖傳感領(lǐng)域，應(yīng)用于電纜溝電纜溫度監(jiān)測(cè)的分布式光纖測(cè)溫，具體涉及一種基于Raman分布式光纖傳感的電纜溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括激光器、光纖放大器、波分復(fù)用器、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、采集控制模塊、傳感光纖、上位機(jī)和若干路光電轉(zhuǎn)換模塊,所述激光器輸出的激光信號(hào)接入光纖放大器，光纖放大器輸出的脈沖放大信號(hào)接入波分復(fù)用器輸出至傳感光纖和光電轉(zhuǎn)換模塊，光纖放大器同時(shí)獲取傳感光纖的背向散射信號(hào)，所述光電轉(zhuǎn)換模塊將光電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后輸出至數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊，所述采集控制模塊將采集到激光器和數(shù)模換模塊的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)并將解調(diào)處理的數(shù)據(jù)交給上位機(jī)，本實(shí)用新型具有誤報(bào)率低、使用壽命長(zhǎng)、維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01K11-32
【公開號(hào)】CN204535884
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520154977
【發(fā)明人】雷家寧, 李向陽, 鄧軍, 彭宏甲, 覃兆寧, 周民, 李文戰(zhàn), 李志強(qiáng), 陳紹貴, 黃必文
【申請(qǐng)人】廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司來賓供電局, 北京安通尼電子技術(shù)有限公司
【公開日】2015年8月5日
【申請(qǐng)日】2015年3月17日