CN100557394C - 一种电缆防盗防破坏预警方法 - Google Patents

Abstract

一种电缆防盗防破坏预警方法，通过光强时间的差值曲线的波形振荡周期数和持续时间来判断外力破坏事件和/或破坏地点，具体步骤如下：将一根光纤敷设在电缆沟内或电缆表面或附近；以窄线宽脉冲光源发出一个脉冲光信号为一次测量，连续进行N＜10次测量；将N次测量的结果按照对应时间进行平均，得出平均光强时间曲线P(t)；将各时间段的平均光强时间曲线按照相对应的时间取差值；若差值曲线在某时刻t振荡周期数m较环境振荡周期数大于或等于5，且在大于或等于10秒钟内的测量中持续存在，则可判断外力破坏事件正在发生。

Description

一种电缆防盗防破坏预警方法

技术领域

本发明涉及电力监测技术领域，具体地说涉及一种电缆防盗预警方法及装置，适用于动力电缆和电力电缆的防盗和预警。

背景技术

近年来，电缆由于人为的偷盗活动和暴力施工造成破坏事故频发，给工业生产和日常生活造成巨大的损失。目前市场上的电缆防盗产品绝大部分是通过电力线载波，检测线路断电断相后报警，此时失窃既成事实。而用于桥梁、大坝的应力传感测量方法，对于盗窃过程动态监测性能不高，无法及时反映情况。国内目前已有提出采用光纤干涉仪或干涉环的方法，但需要至少铺设2根光纤分开排列，结构复杂，工程上不好实现，对多点同时发生的破坏事件定位困难；它不能体现外力作用的强烈程度，而电缆线处在街道闹市区，环境复杂，随时随地都有外力作用在其上，而现有技术不能区别正常外力作用和破坏事件。如对比文献1、基于反馈环全光纤干涉的定位***传感器与微***2006，25(1)。对比文献2、Distributed disturbance sensor based on a novel Mach-Zehnderinterferometer with fiber loop.Proc of Adnvanced laser Technol.2005：6344。对比文献3、Distributed fiber Brillouin strain sensing with 1-cm spatial resolution bycorrelation-based continuous-wave technique IEEE Photon technol lett 2002，14(2)。文献3的主要缺点是动态性能不好。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种电缆防盗防破坏预警方法，这种方法，能体现外力作用的强烈程度，能区别正常外力作用和破坏事件，在电缆被盗及破坏过程中监测到破坏事件并对电缆被破坏地点准确定位。

本发明的技术方案是：一种电缆防盗防破坏预警方法，在分布式相敏OTDR的基础上，利用弹光效应和光干涉的原理对光强曲线进行分析，其特征在于：通过光强时间的差值曲线的波形振荡周期数和持续时间来判断外力破坏事件和/或破坏地点，方法的具体步骤如下：

1)一根光纤敷设在电缆沟内或电缆表面或附近；

2)以窄线宽脉冲光源1发出一个脉冲光信号为一次测量，在一次测量中窄线宽脉冲光源1发出脉冲光信号时刻为零时刻，在 $T=\frac{2\mathrm{an}}{C}$ 时刻为终点时刻，其中C为光速，n为窄线宽脉冲光源1发出的脉冲光信号在光纤中传输的有效折射率，a为光纤4的总长度；

3)在一次测量时间内，光电探测器3探测光纤4中的后向散射光的功率P随时间的变化，由计算机描绘出光功率P的时间曲线P_i(t)，i是第i次测量的结果；

4)为保证测量的精度，连续进行N次测量，N＜10，将N次测量的结果按照对应时间进行平均，按下式求出平均光强时间曲线P(t)：

$\stackrel{\‾}{P}\left(t\right)=\frac{\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\left(t\right)}{N};$

5)将各时间段的平均光强时间曲线按照相对应的时间取差值，若差值曲线在每时每刻都几乎为零，则判断没有外力作用；若差值曲线在某时刻t有较大的变化，则判断有外力作用；

6)是否发生外力破坏或盗窃事件根据以下方法判断：

取差值曲线中，相邻的一个峰值和一个谷值为一个周期，差值曲线在某时刻的振荡周期数m较环境振荡周期数大于或等于5，且在大于或等于10秒钟内的测量中持续存在，则判断外力破坏事件正在发生；

7)如出现差异的点发生在平均光强时间曲线的t时刻，则外力破坏点距离分光器件2的长度L由以下计算得出：

$L=\frac{C\×t}{2\×n};$

其中，C为光速，n为窄线宽脉冲光源1发出的脉冲光信号在光纤中传输的有效折射率。

实现上述方法的电缆防盗预警装置，由光源1、分光器件2、光电探测器3、光纤4、数据采集及处理***6组成。其工作过程是：由数据处理及处理***6产生控制信号，控制光源1发出的信号光通过分光器件2进入光纤4，光纤4与电缆5采用内敷设或外敷设结合在一起或敷设于电缆所在的电缆沟内，光纤4中的后向散射光通过分光器件2进入光电探测器3，光电探测器3中的信号经数据采集及处理***6处理得出光强时间曲线，通过曲线的变化得出外力作用点的信息。

窄线宽脉冲光源1发出的光通过分光器件2进入光纤4，光纤4与电缆5采用内敷设或外敷设结合在一起或敷设于电缆所在的电缆沟内，光纤4中的后向散射光通过分光器件2进入光电探测器3，构成电缆外力破坏预防装置。

本发明中，窄线宽脉冲光源1是光纤激光器构成的光源，或半导体激光器构成的光源；窄线宽脉冲光源1由脉冲激光器构成，或由连续激光器通过电光调制器调制而成；窄线宽脉冲光源1的中心波长为1310nm，1550nm或850nm。

本发明中分光器件2是环形器，或1×2光纤耦合器。

本发明中，光纤4是单模光纤，或多模光纤。

附图说明

图1实施本发明方法的装置结构示意图。

图2是没有外力作用时的光强时间曲线，横坐标为时间，纵坐标为归一化的相对光强。

图3是有人走动时的环境光强时间曲线。

图4是模拟外力破坏时的光强时间曲线。

具体实施方式

图1中标记的说明：1-光源，2-分光器件，3-光电探测器，4-光纤，5-电缆，6-数据采集及处理***。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。

利用图1的所示的装置，光源1中心波长为1550nm，为美国NP-PHOTONICS公司生产的窄线宽连续光源，分光器件2(光纤耦合器)由武汉光迅公司提供，光电探测器3是Perkinelmer公司提供的铟钾砷光电探测器，所用光纤4为长飞公司的单模光纤，光纤各器件之间用光纤熔接机焊接。外力作用在光纤4上的位置距离分光器件2的距离为2km，光纤4长度为12km。在没有外力作用的时，光强时间曲线如图2所示；一个80kg的人在光纤4上距离起点2km处走动对光纤施加外力，得到如图3所示光强时间曲线；一个人以用力拖拽的方式施加外力得到如图4所示的光强曲线。

是否发生外力破坏或盗窃事件可以根据以下方法判断：

根据弹光效应，外力作用点的相位变化ΔФ正比于外力作用强度，由于光在返回探测器时发生干涉，导致光强随相位变化而变化，表现为外力作用越强烈，光强变化所经历的周期越多。取差值曲线中，相邻的一个峰值和一个谷值为一个周期，差值曲线在某时刻的振荡周期数m越多，则其对应的地段受到的外力作用越强烈。差值曲线在某时刻的振荡周期数m较环境的振荡周期数大于或等于5，且在大于或等于10秒钟内的测量中持续存在，则可判断外力破坏事件正在发生。

对图3和图4进行比较，图3的是在人走动情况下的光强时间曲线(相当于环境的光强时间曲线)，图4是模拟外力破坏的情况下的光强时间曲线，图3相对图2在2km(20us)处仅有一个波峰，而图4相对于图3，在2km(20us)处发生强烈振荡，有5个周期的振荡，由此判断有外力破坏事件发生，说明所叙述的方法能够有效的判断外力破坏事件。

外力破坏点距离分光器件2的长度L与光强时间曲线发生变化的时间t由以下关系得出。

$L=\frac{C\×t}{2\×n}$

图4中t为20微秒，得出L为2km，测试误差不超过100m。结果表明本方法可以很好的实现对电缆的外力破坏地段定位的目的。

Claims (1)

1、一种电缆防盗防破坏预警方法，在分布式相敏OTDR的基础上，利用弹光效应和光干涉的原理对光强曲线进行分析，其特征在于：通过光强时间的差值曲线的波形振荡周期数和持续时间来判断外力破坏事件和/或破坏地点，方法的具体步骤如下：

1)将一根光纤敷设在电缆沟内或电缆表面或附近；

2)以窄线宽脉冲光源发出一个脉冲光信号为一次测量，在一次测量中窄线宽脉冲光源发出脉冲光信号时刻为零时刻，在 $T=\frac{2\mathrm{an}}{C}$ 时刻为终点时刻，其中C为光速，n为窄线宽脉冲光源发出的脉冲光信号在光纤中传输的有效折射率，a为光纤的总长度；

3)在一次测量时间内，光电探测器探测光纤中的后向散射光的功率P随时间的变化，由计算机描绘出光功率P的时间曲线P_i(t)，i是第i次测量的结果；

4)为保证测量的精度，连续进行N次测量，N＜10，将N次测量的结果按照对应时间进行平均，按下式求出平均光强时间曲线P(t)：

$\stackrel{\‾}{P}\left(t\right)=\frac{\underset{i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{P}_i\left(t\right)}{N};$

5)将各时间段的平均光强时间曲线按照相对应的时间取差值，若差值曲线在每时每刻都几乎为零，则判断没有外力作用；若差值曲线在某时刻t有较大的变化，则判断有外力作用；

6)是否发生外力破坏或盗窃事件根据以下方法判断：

取差值曲线中，相邻的一个峰值和一个谷值为一个周期，差值曲线在某时刻的振荡周期数m较环境振荡周期数大于或等于5，且在大于或等于10秒钟内的测量中持续存在，则判断外力破坏事件正在发生；

7)如出现差异的点发生在平均光强时间曲线的t时刻，则外力破坏点距离分光器件的长度L由以下计算得出：

$L=\frac{\mathrm{Ct}}{2n};$

其中，C为光速，n为窄线宽脉冲光源发出的脉冲光信号在光纤中传输的有效折射率。

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