一种基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统技术方案

本发明专利技术涉及基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统，包括自测温光纤复合导线、激光器、光纤波分复用器、光电接收与放大组件、信号采集预处理系统单元，所述自测温光纤复合导线是将传统导线中心层或者内层的一根铝线或者钢线替换为植入有光纤的光单元，系统有效地集中监测与管理手段来获取线路导线自身运行特征及周边环境温度的变化，为输电线路安全生产、运行维护管理、状态检修、应急防灾等提供准确的动态信息，实现输电线路安全预警和辅助决策的作用，提高运行维护、安全生产的精细化管理水平，积极推动智能电网输电环节建设运行。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统，包括自测温光纤复合导线、激光器、光纤波分复用器、光电接收与放大组件、信号采集预处理系统单元，所述自测温光纤复合导线是将传统导线中心层或者内层的一根铝线或者钢线替换为植入有光纤的光单元，系统有效地集中监测与管理手段来获取线路导线自身运行特征及周边环境温度的变化，为输电线路安全生产、运行维护管理、状态检修、应急防灾等提供准确的动态信息，实现输电线路安全预警和辅助决策的作用，提高运行维护、安全生产的精细化管理水平，积极推动智能电网输电环节建设运行。【专利说明】一种基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统
本专利技术涉及一种基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统。
技术介绍
温度一直是人类从事各项活动所要掌握的重要信息，而获取温度信息的技术和方 法也越来越科学，人类越来越迫切的需要掌握生存环境的温度不断变化。对于现代化工业 的今天，温度信息的获取有着更广的现实意义。人们一直在寻求温度的各种测量方法，而随 着科学技术的迅猛发展，对温度的测量精度要求也越来越高。 以电信号为工作基础的传统温度传感器，如热电偶、热敏电阻、热释电探测器等温 度传感器的发展己经非常成熟，它们以其结构简单、测量精度高、成本低等特点而广泛应用 在国民经济、科研、国防等领域。但在有强电磁干扰或易燃易爆的场合下，基于电信号测量 的传统温度传感器便受到很大的限制。 随着光纤技术与光纤传感理论的研究与发展，科研人员开始提出温度的分布式测 量。光纤具有体积小、重量轻、可挠、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、测量范围大、灵敏度高 等特点，对传统的传感器特别是温度传感器能起到扩展提高的作用，完成前者很难完成甚 至不能完成的任务。光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量 仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、防燃、抗电磁干扰等特点。因此，光纤温度传感技术 受到各行各业科技人员的高度重视并进行深入的探索。点式光纤温度传感器由于具有技术 上容易实现、抗一干扰能力强、灵敏度高等特点，得到了很大的发展。如吸收型光纤温度传 感器，荧光衰减型光纤温度传感器，热色效应光纤温度传感器等。但是点式温度传感器仅能 测试某点或某小部分区域的温度状态，无法实现空间温度分布的测量。采用大量的点式温 度传感器实现某些场合温度的分布测量是不经济的，甚至是不可能的。分布式光纤温度传 感器可实现沿光纤连续分布的温度场的分布式测量，测试用光纤的跨距可达几十千米，空 间分辨率高、误差小，与单点或多点准分布测量相比具有较高的性能价格比。分布式光纤温 度传感器其有很多优点：1)光纤本质是绝缘的，适合易燃、易爆环境；2)光纤中传输的是 光信一号，抗强电磁干扰；3)光纤纤细柔软，易于安装；4)实现温度的分布式测量。 在科研和工程技术中，有许多场合需要确定温度的分布，例如长距离输油管道、通 信电缆或电力电缆等管道的沿线温度场分布，大型电力变压器内部的温度场分布，桥梁、大 坝、仓库、大型建筑、隧道、高压容器、航天器机身等的温度分布。电子、冶金、化工等许多行 业的生产中，也都需要对多个温度点同时进行监控，如测量存储易燃、易爆或其它物质大型 存储罐温度分布，结构复杂的大型设备以及回转设备的温度分布等。
技术实现思路
本文设计了一种基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统有效地集中 监测与管理手段来获取线路导线自身运行特征及周边环境温度的变化，为输电线路安全生 产、运行维护管理、状态检修、应急防灾等提供准确的动态信息，实现输电线路安全预警和 辅助决策的作用，提高运行维护、安全生产的精细化管理水平，积极推动智能电网输电环节 建设运行。 -种基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统，包括自测温光纤复合导 线、激光器、光纤波分复用器、光电接收与放大组件、信号采集预处理系统单元，其特征在 于：所述自测温光纤复合导线是将传统导线中心层或者内层的一根铝线或者钢线替换为植 入有光纤的光单元，其内层包括6根铝线或者钢线，外层包括12根铝线或者钢线，每层铝线 或者钢线应均匀紧密地绞合在下层中心线芯或内绞层上，所述光单元采用了不锈钢管无缝 焊接技术将数据光纤放置于特制的不锈钢管空管中，不锈钢管外径与相邻铝单股线外径一 致，光纤和空心钢套之间采用防干扰材料填充物对光纤进行固定；计算机控制同步脉冲发 生器产生具有一定重复频率的脉冲，所述脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大 功率光脉冲，同时向高速数据采集卡提供同步脉冲，进入数据采集状态；所述一系列大功率 光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在光纤中各点处产生后向散射光， 返回到波分复用器；后向散射光通过薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯 光，经波分复用器的另外两个端口输出，并分别进入到光电检测器（APD)和主放大器中进 行光电转换和放大，将信号放大到数据采集卡能够有效的采集范围上；此时所述数据采集 卡将传感光纤各点散射回来的光电信号进行采集和存储，产生一条光纤温度曲线，并等待 后续光脉冲产生的散射光电信号进行累加和平均等数据处理，最终由计算机通过编译好的 软件进行温度解调和显示。 所述基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统，所述自测温光纤复合导 线实现了在传输电能的同时，可有效传输通信信号。 通过对自测温光纤复合导线的研制，实现对输电线路导线运行温度变化实时监测 功能，实现导线载流量、运行温度、应力变化的实时监测，提高了输电线路导线传输容量和 电网运行的安全性，降低电网线损。 【专利附图】【附图说明】 图1示出了自测温光纤复合导线结构图。 图2不出了基于BOTDA的分布式光纤传感系统基本框。 图3示出了光纤受应变的频移效果图。 图4示出了光纤所受应变增大时布里渊频率的移动。 图5示出了基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统。 图6示出了不同波长的散射光功率曲线。 【具体实施方式】 图5是基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统整体框图，主要组成部 分：激光器、光纤波分复用器、光电接收与放大组件、信号采集预处理系统等单元； (1)激光器 激光器的波长可选择905nm或1550nm。反斯托克斯散射光子数的信号强度与激发光波 长的4次方成反比，即激发光的波长越长，散射光子信号越弱.但是激发光的波长越短，反 斯托克斯i}(射光的损耗越大.因此，对于短距离侧量，可选用波长为905nm的激光器，而 对于长距离测量则应选用长波长激光器，如果雪崩光电二极管APD的响应时间很短，输入 光脉冲近似为矩形时，则Aro所接收的信一号是长度为veAT/2的光纤上所有散射光的和。 如果APD的上升时问与输入脉冲宽度不匹配，则空间分辨率主要取决于APD的上升时间。 如当脉冲宽度为50ns，探测器的响应时间满足要求时，则其空间分辨率为5m。为获得较高 的空间分辨率，激光器的光谱宽度应尽量窄。根据实际情况，激光器的光谱宽度可在10? 50nm之间选择。激光器一般带有尾纤，出纤功率应大于500mW。 (2)光纤波分复用器 光纤波分复用器是影响系统洲温灵敏度与精度的重要组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于布里渊散射自测温光纤复合导线在线监测系统，包括自测温光纤复合导线、激光器、光纤波分复用器、光电接收与放大组件、信号采集预处理系统单元，其特征在于：所述自测温光纤复合导线是将传统导线中心层或者内层的一根铝线或者钢线替换为植入有光纤的光单元，其内层包括6根铝线或者钢线，外层包括12根铝线或者钢线，每层铝线或者钢线应均匀紧密地绞合在下层中心线芯或内绞层上，所述光单元采用了不锈钢管无缝焊接技术将数据光纤放置于特制的不锈钢管空管中，不锈钢管外径与相邻铝单股线外径一致，光纤和空心钢套之间采用防干扰材料填充物对光纤进行固定；计算机控制同步脉冲发生器产生具有一定重复频率的脉冲，所述脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大功率光脉冲，同时向高速数据采集卡提供同步脉冲，进入数据采集状态；所述一系列大功率光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在光纤中各点处产生后向散射光，返回到波分复用器；后向散射光通过薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经波分复用器的另外两个端口输出，并分别进入到光电检测器( APD)和主放大器中进行光电转换和放大，将信号放大到数据采集卡能够有效的采集范围上；此时所述数据采集卡将传感光纤各点散射回来的光电信号进行采集和存储，产生一条光纤温度曲线，并等待后续光脉冲产生的散射光电信号进行累加和平均等数据处理，最终由计算机通过编译好的软件进行温度解调和显示，实现能在整个光纤长度上以距离的连续函数形式传感出被测参数随光线长度的变化。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：史宏伟，韩爱芝，刘守明，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司周口供电公司，
类型：发明
国别省市：河南;41