CN214407810U - 一种opgw光缆温度监测*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种OPGW光缆温度监测***，包括：FBG监测设备(1)、分布式监测设备(2)以及数据处理中心(3)；所述FBG监测设备(1)和分布式监测设备(2)一端通过波分复用器(4)并列连接到待测光缆，另一端并列连接到所述数据处理中心(3)；所述FBG监测设备(1)包括FBG传感解调设备和串联的多个FBG光栅，所述串联的多个FBG光栅离散的分布于所述待测光缆的线杆上；其中，所述FBG传感解调设备(1)通过对所述FBG光栅反射光信号的解调，监测所述FBG光栅所在位置的所述待测光缆的温度变化，所述分布式监测设备(2)对所述待测光缆连续位置的温度变化进行监测。本实用新型能够准确监测光缆的温度变化。
Description
技术领域
本实用新型涉及光纤技术领域，具体而言，涉及一种OPGW光缆温度监测***。
背景技术
输电线路覆冰状态监测由过去的人工线路巡视发展到如今电子监测***的普及，输电线路覆冰状态监测技术虽然有了极大的发展和进步但还是面临着严峻的挑战。目前，输电线路覆冰状态在线监测***主要是由各类电子式传感器组建而成的，因此搭建监测***时必须要安装额外的电源并铺设电源管道，这虽然能保证稳定供电，但无疑限制了监测***的使用环境。这些传统的电子式传感器都是有源器件，在高压输电线路这种复杂的电磁环境中极易受到干扰，使监测数据的远程传输和数据准确性难以得到保障。
所以目前的电子式输电线路覆冰监测***难以满足对地理条件和气候环境恶劣的野外输电线路覆冰状态的实时监测要求。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种OPGW光缆温度监测***，能够解决上述提到的至少一个技术问题。具体方案如下：
根据本实用新型的具体实施方式，提供一种OPGW光缆温度监测***，包括：
FBG监测设备1、分布式监测设备2以及数据处理中心3；所述FBG 监测设备1和分布式监测设备2一端通过波分复用器4并列连接到待测光缆，另一端并列连接到所述数据处理中心3；所述FBG监测设备1包括FBG传感解调设备和串联的多个FBG光栅，所述串联的多个FBG光栅离散的分布于所述待测光缆的线杆上；其中，所述FBG传感解调设备1 通过对所述FBG光栅反射光信号的解调，监测所述FBG光栅所在位置的所述待测光缆的温度变化，所述分布式监测设备2对所述待测光缆连续位置的温度变化进行监测。
可选的，所述FBG传感解调设备包括依次连接的可调谐激光器11、声光调制器12、第一耦合器13、第一环形器14、第一探测器15、第二探测器16、信号处理器17以及第一计算机18；所述声光调制器12 输出的光信号经所述第一耦合器13输出后，分为99％的第一光路和1％的第二光路，所述99％的第一光路与所述第一环形器14的接口一连接，并通过所述第一环形器14的接口二进入待测光缆，从所述待测光缆返回的光信号经所述第一环形器14的接口三进入所述第二探测器16，所述1％的第二光路进入所述第一探测器15，所述第一探测器15和第二探测器16并联于所述信号处理器17。
可选的，所述第一计算机18分别连接所述可调谐激光器11和声光调制器12，用于同步控制所述可调谐激光器11和声光调制器12的频率；所述可调谐激光器11波长范围为1520～1600nm，所述第一计算机 18的调制频率为200Hz。
可选的，所述FBG传感解调设备中波长偏移量与FBG光纤光栅温度满足如下关系：
ΔλB＝KTΔT
其中，λB为光纤光栅的中心反射波长，ΔλB为发生温度变化时中心波长的变化量，ΔT为温度变化量，KT为中心波长偏移关于温度的系数。
可选的，所述分布式监测设备2包括光信号探测单元21、光电转换单元22、扫频单元23以及第二计算机24，所述光信号探测单元21 经光电转换单元22与所述扫频单元23连接，所述扫频单元23与第二计算机24连接。
可选的，所述光信号探测单元21包括依次连接的分布式反馈型半导体激光器2101、第一放大器2102、第二耦合器2103、马赫曾德尔调制器2104、第二放大器2105、第一扰偏器2106、第三耦合器2107、第三放大器2108、第二环形器2109、第二扰偏器2110、第四耦合器2111。
可选的，所述分布式反馈型半导体激光器2101输出的光信号经所述第一放大器2102放大后，经第二耦合器2103输出后，分为50％的第三光路和50％的第四光路，所述50％的第三光路经所述马赫曾德尔调制器2104、第二放大器2105、第一扰偏器2106、第三耦合器2107进入待测光缆，从所述待测光缆返回的后向散射光信号经所述第三耦合器 2107进入所述第三放大器2108、第二环形器2109以及第四耦合器 2111，所述50％的第四光路经所述第二扰偏器2110与所述第四耦合器 2111连接。
可选的，所述扫频单元23包括：混频器231、高频振荡器232以及宽带低通滤波器233，所述高频振荡器232以及宽带低通滤波器233 均与所述混频器231连接。
可选的，所述第三耦合器2107和第四耦合器2111均为50:50耦合器。
可选的，所述分布式监测设备2中布里渊频移与光纤所受的温度满足如下关系：
νB(t)＝νB(t0)[1+Ct(t-t0)]
其中，νB(t)为温度引起的布里渊频移，νB(t0)为初始状态温度引起的布里渊频移，Ct为温度系数，t0和t分别为初始温度和改变后的温度。
本实用新型实施例的上述方案与现有技术相比，至少具有以下有益效果：
本实用新型提供的OPGW光缆温度监测***结合了FBG光纤光栅能够多点精确测量以及BOTDR作为分布式光纤能够连续测量的优势，使得 OPGW光缆温度监测***能够对待测光缆温度变化进行动态监测，既获得了光纤特定位置的温度变化状态，又能够对光纤连续位置进行监测，可以做到沿整条光纤的无盲区覆盖监测，弥补了FBG光纤光栅离散点之间不能进行温度监控的缺陷，提升了光缆监测***的实用性。
因此通过将基于光纤光栅的FBG传感技术与基于分布式光纤传感的 BOTDR技术相结合，融合分布式布里渊散射、光纤光栅的一体化传感机理可以实现光纤温度监测高效化，异常温度信息准确化定位，从而更加综合全面的监测光缆的温度状态。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：
图1示出了根据本实用新型实施例的光缆温度检测***的整体示意图；
图2示出了根据本实用新型实施例的FBG监测设备的整体结构示意图；
图3示出了根据本实用新型实施例的FBG监测设备的具体结构示意图；
图4示出了根据本实用新型实施例的分布式监测***的结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本实用新型实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但不应限于这些术语。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。
光缆温度检测***分别对各监测线路中的OPGW光缆进行监测，光缆中布设有多条输电线路和光纤，通过光学手段对光纤信号进行监测，即可获得OPGW光缆由于温度、应力引起的状态变化。
各光缆温度检测***的数据处理PC将处理后的相应监测结果，以 TCP/IP形式经由以太网口，通过网关，利用电力通信信道，汇入数据中心，数据中心可对分布在各个地方的光缆温度检测***进行集中管理及结果展示。
其中，所述光缆监测***如图1所示，由FBG(光纤布拉格光栅， Fiber BraggGrating)监测设备1及BOTDR(布里渊光时域反射， Brillouin Optical Time DomainReflectometer)分布式监测设备2 组成，用于对光缆线路中多参量数据进行采集及监测。基于电力光纤网的光缆温度检测装置及***，不仅具有无源、抗干扰、免维护的突出优势，也解决了传统监测无线通信不稳定、信息不安全的隐患。
FBG监测设备1包括无源的光纤光栅式监测装置、OPGW等电力特种光缆、信息解调及监控平台等。其中，光纤光栅式传感监测装置安装在监测点的输电线路杆塔上，信息解调及监控平台等有源设备安装在变电站机房内，二者通过OPGW等电力特种光缆连接。FBG监测设备1克服了传统监测装置低可靠、低精度、难集成、难维护等突出问题，实现了野外监测装置的无源化、免维护，光纤有线通信实现了信息通信的安全稳定。分布式监测设备2包括OPGW光缆，BOTDR监测主机、光电探测器、微波扫频模块及数据处理PC等。分布式监测设备2利用线路OPGW 光缆冗余光纤作为传感器，采集OPGW内部光纤光参量等信息。
OPGW光缆温度监测***，包括：FBG监测设备1、分布式监测设备 2以及数据处理中心3；所述FBG监测设备1和分布式监测设备2一端通过波分复用器4并列连接到待测光缆，另一端并列连接到所述数据处理中心3。
如图2所示，所述FBG监测设备1包括FBG传感解调设备A和串联的多个FBG光栅B，所述串联的多个FBG光栅离散的分布于所述待测光缆的线杆上；其中，所述FBG传感解调设备通过对所述FBG光栅反射光信号的解调，监测所述FBG光栅所在位置的所述待测光缆的温度变化，所述分布式监测设备2对所述待测光缆连续位置的温度变化进行监测。
作为一种实施例，如图3所示，所述FBG传感解调设备包括依次连接的可调谐激光器11、声光调制器12、第一耦合器13、第一环形器 14、第一探测器15、第二探测器16、信号处理器17以及第一计算机 18；所述声光调制器12输出的光信号经所述第一耦合器13输出后，分为99％的第一光路和1％的第二光路，所述99％的第一光路与所述第一环形器14的接口一连接，并通过所述第一环形器14的接口二进入待测光缆，从所述待测光缆返回的光信号经所述第一环形器14的接口三进入所述第二探测器16，所述1％的第二光路进入所述第一探测器15，所述第一探测器15和第二探测器16并联于所述信号处理器17。
可选的，所述第一计算机18分别连接所述可调谐激光器11和声光调制器12，用于同步控制所述可调谐激光器11和声光调制器12的频率；所述可调谐激光器11波长范围为1520～1600nm，所述第一计算机 18的调制频率为200Hz。
可选的，所述FBG传感解调设备中波长偏移量与FBG光纤光栅温度满足如下关系：
ΔλB＝KTΔT
其中，λB为光纤光栅的中心反射波长，ΔλB为发生温度变化时中心波长的变化量，ΔT为温度变化量，KT为中心波长偏移关于温度的系数。
基于FBG的温度感知装置是在运用FBG检测模块的基础上，设计一种应力隔离装置，使得FBG的波长偏移量只受到温度变化的影响，而不受到应力变化的影响。设计的隔离装置有充分的通风***，以防放在隔离装置中FBG测得的温度不是周围环境的温度而是隔离装置内部的温度。
作为一种实施例，如图4所示，所述分布式监测设备2包括光信号探测单元21、光电转换单元22、扫频单元23以及第二计算机24，所述光信号探测单元21经光电转换单元22与所述扫频单元23连接，所述扫频单元23与第二计算机24连接。
可选的，所述光信号探测单元21包括依次连接的分布式反馈型半导体激光器2101、第一放大器2102、第二耦合器2103、马赫曾德尔调制器2104、第二放大器2105、第一扰偏器2106、第三耦合器2107、第三放大器2108、第二环形器2109、第二扰偏器2110、第四耦合器2111。
可选的，所述分布式反馈型半导体激光器2101输出的光信号经所述第一放大器2102放大后，经第二耦合器2103输出后，分为50％的第三光路和50％的第四光路，所述50％的第三光路经所述马赫曾德尔调制器2104、第二放大器2105、第一扰偏器2106、第三耦合器2107进入待测光缆，从所述待测光缆返回的后向散射光信号经所述第三耦合器 2107进入所述第三放大器2108、第二环形器2109以及第四耦合器 2111，所述50％的第四光路经所述第二扰偏器2110与所述第四耦合器 2111连接。
可选的，所述扫频单元23包括：混频器231、高频振荡器232以及宽带低通滤波器233，所述高频振荡器232以及宽带低通滤波器233 均与所述混频器231连接。
可选的，所述第三耦合器2107和第四耦合器2111均为50:50耦合器。
布里渊频移与光纤材料有关，它可以表示为：
νB＝2nVa/λ
其中，n为线芯折射率，Va为光纤介质的声子移动速度，λ为入射光波长。当光纤材料相同时，布里渊频移与光纤所受的温度和应变呈线性关系，布里渊频移与光纤所受的温度满足如下关系：
νB(ε)＝νB(ε0)[1+Cεε]
νB(t)＝νB(t0)[1+Ct(t-t0)]
其中，νB(ε)为应变引起的布里渊频移，νB(ε0)为初始状态应变引起的布里渊频移，Cε为应变系数，ε为应变，νB(t)为温度引起的布里渊频移，νB(t0)为初始状态温度引起的布里渊频移，Ct为温度系数，t0和t分别为初始温度和改变后的温度。
选用一个窄线宽的分布式反馈型半导体激光器(线宽小于1MHz)，作为***的光源向***不断发射连续恒定幅度的光信号，通过第一级的EDFA将光信号的功率放大至10mW以上，之后光信号通过50/50的耦合器被分成探测光和本地相干光两路。探测光经过一个高性能的马赫曾德尔(Mach-Zehnder)调制器，调制为脉冲光，通过第二级的EDFA，将脉冲光的功率放大至160mW，注入待测线路光缆。光脉冲进入待测线路光缆后产生自发布里渊散射，散射光信号和输入光信号相差约11GHz，由于后向的布里渊散射信号的功率非常的弱，因此当布里渊散射信号通过耦合器反射进入接收回路时，需要加入第三级的EDFA放大，光信号经过三级放大之后，输入FBG中，抑制EDFA放大过程中产生的自发辐射噪声。在接收端，布里渊散射信号和本地相干光高频的外差接收机相干，同时实现光电变换，接收到高频的布里渊散射谱信号经过和本地振荡器混频，将中心频率降至中频，通过低通滤波器即可得到布里渊散射谱信号。
本实用新型提供的OPGW光缆温度监测***结合了FBG光纤光栅能够多点精确测量以及BOTDR作为分布式光纤能够连续测量的优势，使得 OPGW光缆温度监测***能够对待测光缆温度变化进行动态监测，既获得了光纤特定位置的温度变化状态，又能够对光纤连续位置进行监测，可以做到沿整条光纤的无盲区覆盖监测，弥补了FBG光纤光栅离散点之间不能进行温度监控的缺陷，提升了光缆监测***的实用性。
因此通过将基于光纤光栅的FBG传感技术与基于分布式光纤传感的 BOTDR技术相结合，融合分布式布里渊散射、光纤光栅的一体化传感机理可以实现光纤温度监测高效化，异常温度信息准确化定位，从而更加综合全面的监测光缆的温度状态。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种OPGW光缆温度监测***，其特征在于，包括：
FBG监测设备(1)、分布式监测设备(2)以及数据处理中心(3)；所述FBG监测设备(1)和分布式监测设备(2)一端通过波分复用器(4)并列连接到待测光缆，另一端并列连接到所述数据处理中心(3)；所述FBG监测设备(1)包括FBG传感解调设备和串联的多个FBG光栅，所述串联的多个FBG光栅离散的分布于所述待测光缆的线杆上；其中，所述FBG传感解调设备(1)通过对所述FBG光栅反射光信号的解调，监测所述FBG光栅所在位置的所述待测光缆的温度变化，所述分布式监测设备(2)对所述待测光缆连续位置的温度变化进行监测。
2.根据权利要求1所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述FBG传感解调设备包括依次连接的可调谐激光器(11)、声光调制器(12)、第一耦合器(13)、第一环形器(14)、第一探测器(15)、第二探测器(16)、信号处理器(17)以及第一计算机(18)；所述声光调制器(12)输出的光信号经所述第一耦合器(13)输出后，分为99％的第一光路和1％的第二光路，所述99％的第一光路与所述第一环形器(14)的接口一连接，并通过所述第一环形器(14)的接口二进入待测光缆，从所述待测光缆返回的光信号经所述第一环形器(14)的接口三进入所述第二探测器(16)，所述1％的第二光路进入所述第一探测器(15)，所述第一探测器(15)和第二探测器(16)并联于所述信号处理器(17)。
3.根据权利要求2所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述第一计算机(18)分别连接所述可调谐激光器(11)和声光调制器(12)，用于同步控制所述可调谐激光器(11)和声光调制器(12)的频率；所述可调谐激光器(11)波长范围为1520～1600nm，所述第一计算机(18)的调制频率为200Hz。
4.根据权利要求3所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述FBG传感解调设备中波长偏移量与FBG光纤光栅温度满足如下关系：
ΔλB＝KTΔT
其中，λB为光纤光栅的中心反射波长，ΔλB为发生温度变化时中心波长的变化量，ΔT为温度变化量，KT为中心波长偏移关于温度的系数。
5.根据权利要求1所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述分布式监测设备(2)包括光信号探测单元(21)、光电转换单元(22)、扫频单元(23)以及第二计算机(24)，所述光信号探测单元(21)经光电转换单元(22)与所述扫频单元(23)连接，所述扫频单元(23)与第二计算机(24)连接。
6.根据权利要求5所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述光信号探测单元(21)包括依次连接的分布式反馈型半导体激光器(2101)、第一放大器(2102)、第二耦合器(2103)、马赫曾德尔调制器(2104)、第二放大器(2105)、第一扰偏器(2106)、第三耦合器(2107)、第三放大器(2108)、第二环形器(2109)、第二扰偏器(2110)、第四耦合器(2111)。
7.根据权利要求6所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述分布式反馈型半导体激光器(2101)输出的光信号经所述第一放大器(2102)放大后，经第二耦合器(2103)输出后，分为50％的第三光路和50％的第四光路，所述50％的第三光路经所述马赫曾德尔调制器(2104)、第二放大器(2105)、第一扰偏器(2106)、第三耦合器(2107)进入待测光缆，从所述待测光缆返回的后向散射光信号经所述第三耦合器(2107)进入所述第三放大器(2108)、第二环形器(2109)以及第四耦合器(2111)，所述50％的第四光路经所述第二扰偏器(2110)与所述第四耦合器(2111)连接。
8.根据权利要求7所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述扫频单元(23)包括：混频器(231)、高频振荡器(232)以及宽带低通滤波器(233)，所述高频振荡器(232)以及宽带低通滤波器(233)均与所述混频器(231)连接。
9.根据权利要求8所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述第三耦合器(2107)和第四耦合器(2111)均为50:50耦合器。
10.根据权利要求9所述的光缆温度监测***，其特征在于，所述分布式监测设备(2)中布里渊频移与光纤所受的温度满足如下关系：
νB(t)＝νB(t0)[1+Ct(t-t0)]
其中，νB(t)为温度引起的布里渊频移，νB(t0)为初始状态温度引起的布里渊频移，Ct为温度系数，t0和t分别为初始温度和改变后的温度。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202023279604.4U CN214407810U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种opgw光缆温度监测*** |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| CN202023279604.4U CN214407810U (zh) | 2020-12-29 | 2020-12-29 | 一种opgw光缆温度监测*** |
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Family
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Family Applications (1)
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| CN (1) | CN214407810U (zh) |
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2020
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