本发明专利技术涉及高压电缆测温，具体为单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置及方法。解决现有BOCDA系统为双端式，在传感光纤中出现断点时会导致系统瘫痪而无法工作，因此，应用受到一定制约的问题。所述测温装置包括探测信号源、第一光纤耦合器、单边带调制器、第一光放大器、光扰偏器、光电调制器、脉冲信号发生器、可调光延迟线、第二光放大器、第二光纤耦合器、光环行器、传感光纤、光纤环、光带通滤波器、光电探测器、数据采集卡、计算机；所述的探测信号源为超辐射发光二极管或者宽谱混沌半导体激光器或者ASE噪声源。本发明专利技术采用单端结构的BOCDA传感系统，可以避免双端BOCDA传感系统光纤中出现断点时无法正常工作的限制问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及高压电缆测温，具体为单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置及方法。
技术介绍
高压电缆是电力系统中长距离传输大功率电能的主要手段，被喻为国民经济的“血管”与“神经”。为了更加安全、稳定地运行，高压电缆采用地下敷设的方式，例如：电缆隧道、电缆沟、地下直埋等。由于地下敷设环境恶劣和高压电缆的高负荷运行，高压电缆极易老化，致使电缆安全事故频发。高压电缆的载流量与电缆缆芯的温度密切相关，根据高压电缆的温度变化趋势，可评估其运行状态，及时发现高压电缆的超负荷情况，从而提高高压电缆的使用寿命，防止电缆事故的发生。目前，国内外监测高压电缆温度的方法，按照温度定位方式主要分为：1）点式测温技术；2）准分布式测温技术；3）分布式测温技术。点式测温技术主要采用热电阻或热电偶，但不能实现对整条高压电缆温度的在线监测，无法及时发现其超温故障情况。准分布式测温技术主要采用光纤光栅作为传感器，然而，其监测距离与监测点的数量有关，若要监测几十公里的高压电缆，监测点的数量会急剧增加，这会导致信号的解调过程复杂，系统的可靠性及经济成本都难以接受。分布式测温技术主要利用光纤作为温度传感器，基于光纤的拉曼或布里渊散射效应，实现对整条高压电缆各点温度的连续实时监测。基于光纤拉曼散射的分布式测温技术（中国专利技术专利，CN 103364107 A），监测距离较短，无法满足几十公里高压电缆的温度监测。布里渊散射强度比拉曼散射强度高一个数量级，在对长距离高压电缆的温度监测上具有更大地优势。基于光纤布里渊散射效应的分布式测温技术，可分为：时域系统和相干域系统两类。时域系统采用脉冲信号实现高压电缆温度的定位（中国专利技术专利，CN 105157872 A），其监测距离和空间分辨率之间存在矛盾，致使空间分辨率一般在几米。如此低的空间分辨率会导致利用高压电缆的温度评估载流量存在较大的误差，无法正确反映高压电缆真实的运行状况。为了提高系统的空间分辨率，基于频率被正弦信号调制的连续光作为探测信号的相干域系统被采用，包括：布里渊光相干域反射技术（BOCDR, Brillouin Optical Correlation Domain Reflectometry）和布里渊光相干域分析技术（BOCDA, Brillouin Optical Correlation Domain Analysis）。相对于BOCDR系统（Optics Express, 2008, vol.16, no.16, 12148），BOCDA系统具有更大的监测距离（Optics Express, 2012, vol.20, no.24, 27094）。但是，在原理上仍存在监测距离和空间分辨率之间的矛盾问题。近来，我们提出了利用混沌激光（中国专利技术专利，CN 105136178 A）替代现有BOCDA系统中频率被正弦信号调制的连续光实现光纤温度的分布式传感，解决了监测距离和空间分辨率的矛盾，但是，中国专利技术专利CN 105136178 A公开的 BOCDA系统需要在传感光纤两端分别注入泵浦光和探测光（即为双端式），在传感光纤中出现断点时会导致系统瘫痪而无法工作，因此，将基于混沌激光的BOCDA分布式光纤传感系统应用于高压电缆温度测量中，其应用受到一定的制约。
技术实现思路
本专利技术解决现有BOCDA系统需要在传感光纤两端分别注入泵浦光和探测光（即为双端式），在传感光纤中出现断点时会导致系统瘫痪而无法工作，因此，应用受到一定制约的问题，提供一种单端布里渊光相干域分析（BOCDA）的高压电缆测温装置及方法。本专利技术是采用如下技术方案实现的：单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，探测信号源通过一条单模光纤跳线与具有两个出射端的第一光纤耦合器的入射端连接；第一光纤耦合器的上方出射端利用单模光纤跳线顺次接有单边带调制器、第一光放大器、光扰偏器和第二光纤耦合器的上方入射端；第一光纤耦合器的下方出射端利用单模光纤跳线顺次接有光电调制器、可调光延迟线、第二光放大器和第二光纤耦合器的下方入射端，电光调制器与脉冲信号发生器连接；第二光纤耦合器的出射端利用单模光纤跳线与光环行器的入射端连接；光环行器的反射端与待测高压电缆的传感光纤的一端连接，待测高压电缆的传感光纤的另一端接有光纤环；光环行器出射端利用单模光纤跳线顺次接有光带通滤波器和光电探测器的信号输入端；光电探测器的信号输出端通过高频同轴电缆连接有数据采集卡，数据采集卡与计算机连接；所述的探测信号源为超辐射发光二极管（superluminescent diode, SLD）或者宽谱混沌半导体激光器或者ASE 噪声源。单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温方法，该方法在本专利技术所述的单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置中实现，该方法是采用如下步骤实现的：探测信号源输出的宽光谱光信号经第一光纤耦合器分为两路，其上方出射端发出的一路作为探测光，下方出射端发出的另一路作为泵浦光；探测光先通过单边带调制器调制成一个斯托克斯探测边带，调制后的探测光经过第一光放大器放大后，再经光扰偏器入射到第二光纤耦合器上侧入射端；探测光经放大提高功率后可极大地提高传输距离，并能增强受激布里渊散射过程，从而提高传感光纤的测温距离；光扰偏器的作用会抑制掉光偏振态对传感系统的影响。第一光纤耦合器下方出射端输出的泵浦光，经电光调制器后，被脉冲信号发生器所产生的脉冲信号调制，调制后的泵浦光经过可变光延迟线来控制泵浦光和相向传输的单边带探测光在传感光纤中相干作用的位置；延迟后的泵浦光信号再经第二光放大器放大后，可获得足够高的功率，以保证在整个传感光纤中的任意位置处和单边带探测光发生受激布里渊增益作用；放大后的泵浦光再入射到第二光纤耦合器下侧入射端。从第二光纤耦合器的出射端输出的单边带探测光和被脉冲调制的泵浦光入射到光环行器左侧入射端，并从光环行器的反射端注入传感光纤中；在传感光纤的另一端连接的光纤环构成宽带反射镜；通过调节可变光延迟线使反射回来的斯托克斯边带探测光与相向传输的泵浦光相遇，并与泵浦光发生干涉而产生干涉拍频光信号；干涉拍频光信号从环行器的出射端输出，干涉拍频光信号经光带通滤波器滤出后，再由光电探测器接收，同时将其转化为电信号，然后将探测到的电信号输入到数据采集卡，数据采集卡将采集到的信号经过A/D转换后输入到计算机，利用计算机对拍频信号进行分析和处理得到高压电缆某处的温度状况。与现有的高压电缆测温技术相比，本专利技术采用单端结构的BOCDA传感系统，既可以基于光纤的受激布里渊增益作用，实现对高压电缆温度的长距离监测，又可以避免双端BOCDA传感系统光纤中出现断点时无法正常工作的限制问题。附图说明图1 是本专利技术所述的高压电缆测温装置采用第一种光纤敷设方式的结构示意图。图2是本专利技术采用第二种光纤敷设方式时高压电缆横截面的示意图。图中，1－探测信号源；2－第一光纤耦合器；3－单边带调制器；4－第一光放大器；5－光扰偏器；6－光电调制器；7－脉冲信号发生器；8－可调光延迟线；9－第二光放大器；10－第二光纤耦合器；11－光环行器；12－传感光纤；13－光纤环；14－光带通滤波器；15－光电探测器；16－数据采集卡；17－计算机; 18－高压电缆；19－电缆隧道或电缆沟。具体实施方式单端布里本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，探测信号源（1）通过一条单模光纤跳线与具有两个出射端的第一光纤耦合器（2）的入射端连接；第一光纤耦合器的上方出射端利用单模光纤跳线顺次接有单边带调制器（3）、第一光放大器（4）、光扰偏器（5）和第二光纤耦合器（10）的上方入射端；第一光纤耦合器（2）的下方出射端利用单模光纤跳线顺次接有光电调制器（6）、可调光延迟线（8）、第二光放大器（9）和第二光纤耦合器（10）的下方入射端，电光调制器（6）与脉冲信号发生器（7）连接；第二光纤耦合器（10）的出射端利用单模光纤跳线与光环行器（11）的入射端连接；光环行器（11）的反射端与待测传感光纤（12）的一端连接，待测传感光纤（12）的另一端端接有光纤环（13）；光环行器（11）出射端利用单模光纤跳线顺次接有光带通滤波器（14）和光电探测器（15）的信号输入端；光电探测器（15）的信号输出端通过高频同轴电缆连接有数据采集卡（16），数据采集卡（16）与计算机（17）连接；所述的探测信号源（1）为超辐射发光二极管或者宽谱混沌半导体激光器或者ASE 噪声源。
【技术特征摘要】
1.一种单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，探测信号源（1）通过一条单模光纤跳线与具有两个出射端的第一光纤耦合器（2）的入射端连接；第一光纤耦合器的上方出射端利用单模光纤跳线顺次接有单边带调制器（3）、第一光放大器（4）、光扰偏器（5）和第二光纤耦合器（10）的上方入射端；第一光纤耦合器（2）的下方出射端利用单模光纤跳线顺次接有光电调制器（6）、可调光延迟线（8）、第二光放大器（9）和第二光纤耦合器（10）的下方入射端，电光调制器（6）与脉冲信号发生器（7）连接；第二光纤耦合器（10）的出射端利用单模光纤跳线与光环行器（11）的入射端连接；光环行器（11）的反射端与待测传感光纤（12）的一端连接，待测传感光纤（12）的另一端端接有光纤环（13）；光环行器（11）出射端利用单模光纤跳线顺次接有光带通滤波器（14）和光电探测器（15）的信号输入端；光电探测器（15）的信号输出端通过高频同轴电缆连接有数据采集卡（16），数据采集卡（16）与计算机（17）连接；所述的探测信号源（1）为超辐射发光二极管或者宽谱混沌半导体激光器或者ASE 噪声源。2.根据权利要求１所述的单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，传感光纤（12）直接附着在高压电缆的表面；或者在高压电缆加工过程中，将传感光纤（12）置入电缆缓冲层。3.根据权利要求１或２所述的单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，探测信号源（1）优选超辐射发光二极管即SLD光源。4.根据权利要求１或２所述的单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，第一光放大器（4）和第二光放大器（９）采用商用掺铒光纤光放大器或半导体光放大器。5.根据权利要求１或２所述的单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，可变光延迟线（8）采用光开关控制的多路分级光纤延迟线串联高精度电控可变光延迟线级联组合而成。6.根据权利要求５所述的单端布里渊光相干域分析的高压电缆测温装置，其特征在于，可变光延迟线（8）采用美国...
【专利技术属性】
技术研发人员：张建忠，李铸平，张明江，刘毅，王云才，张明涛，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14
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