室外小档距光缆测振装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了室外小档距光缆测振装置，包括光路调制系统以及与所述路解调系统相连接的电子解调系统，所述光路调制系统包括脉冲激光序列单元、光电转换单元以及分别与两者连接的环形器；所述电子解调系统包括顺次连接的数据采集模块、数据解调模块、嵌入式处理器和上位机，所述嵌入式处理器与所述上位机之间通过网络端口连接；所述数据解调模块包括FPGA数据处理模块及其连接的时钟单元、触发单元；所述脉冲激光序列单元包括顺次连接的激光器、调制器和放大器，所述激光器包括极窄线宽激光器模块。本实用新型专利技术能够针对输电线路舞动特点，实现舞动特征识别等数据的采集与监测，为室外真型试验线路上的长距离监测作出理论与实践基础。

Outdoor small span cable vibration device

The utility model discloses an outdoor small span cable vibration device, which comprises optical modulation system and is connected with the way of demodulation system of electronic demodulation system, the optical modulation system includes a laser pulse sequence unit, photoelectric conversion unit and connected respectively with two ring shaped device; the electronic demodulation system is sequentially composed the data acquisition module, data demodulation module, embedded processor and PC, between the processor and the host computer is connected through the network port; the data demodulation module includes FPGA data processing module and a clock unit, connected to the trigger unit; the laser pulse sequence unit comprises sequentially connected with the laser modulator, and the laser amplifier, including narrow linewidth laser module. The utility model can achieve data acquisition and monitoring of galloping feature recognition based on the galloping characteristics of transmission lines, so as to make a theoretical and practical basis for long-distance monitoring on outdoor authentic test lines.

【技术实现步骤摘要】
室外小档距光缆测振装置
本技术涉及电力光缆安全防护装置及措施
，尤其涉及室外小档距光缆测振装置。
技术介绍
输电线路舞动是不均匀覆冰导线在风激励下产生的一种低频率（0.1～5Hz）、大振幅（导线直径的20～300倍）的自激振动。高压输电线路舞动能量大，持续时间长，易造成线路闪络、跳闸、杆塔螺栓松动、脱落，严重时会发生金具及绝缘子损坏，导线断股、断线，甚至倒塔，导致重大电网事故。为防止类似事故的发生，便需要进行振动量的测量试验。振动量测量在结构健康监测、电力、航空航天等领域具有非常高的应用价值，传统的振动测量方法为电测量法，存在灵敏度低，体积大，安装限制等问题，且传统的振动测量只能进行点式测量。分布式光纤传感技术是指在光纤传输路径上的外部信号通过一定的方法对光纤种的光波进行调试，以实现被测量对象的连续空间的实时测量。光纤同时具有导光介质和传感元件的功能。相比于传统的振动传感器，光纤传感器具有灵敏度高、动态范围大、体积小、重量轻、不易受环境影响等特点，可进行全分布的监控。基于相位敏感的光时域反射型（Φ-OTDR）传感器与传统型OTDR最大的不同就是采用了具有窄线宽和低频率漂移特性相干光源，相应极大地提高了空间分辨率（可达1m）和振动强度分辨率。利用这种散射光的相干性设计出的相位敏感型光时域反射系统，光纤本身既是传输媒质又是感知元件，光纤上任意一点都是传感单元，是一种真正意义上的全分布式光纤传感器。专利号为201410027722.6的专利公开了一种检测振动的光纤传感器，属于光纤传感
该光纤传感器包括传导光纤、光纤光栅、简支梁和带有开口的非金属保护外壳；光纤光栅和简支梁置于非金属保护外壳中，光纤光栅粘贴在简支梁上，且光纤光栅的中心点与简支梁的中心点对齐；非金属保护外壳的一个侧壁上开有开口，简支梁的一端从开口中穿出，另一端固定在非金属保护外壳的另一个侧壁上。该技术所述的光纤传感器不受光源起伏、光纤弯曲损耗、连接损耗和探测器老化等因素的影响；避免了一般干涉型传感器中相位测量的不清晰和对固有参考点的需要；能方便地使用波分复用技术在一根光纤中串接多个布拉格光栅进行分布式测量，形成一个分布式的传感网络然而，上述方案的侧重点均放在光纤传感部件的实际应用方面，对测振所需要的数据处理及分析输出并未作出详细描述，所以并为构成完整的测振技术方案，存在应用功能上的缺陷，而且还都存在对于输电线路舞动特征研究针对性不强的缺点。
技术实现思路
本技术的目的是提供室外小档距光缆测振装置，它能够针对输电线路舞动特点，提出针对性的测振模拟试验方案，实现舞动特征识别等数据的采集与监测，为室外真型试验线路上的长距离监测作出理论与实践基础。为实现本技术的目的所采用的技术方案是：室外小档距光缆测振装置，包括光路调制系统以及与所述光路调制系统相连接的电子解调系统，所述光路调制系统包括脉冲激光序列单元、光电转换单元以及分别与两者连接的环形器，所述环形器连接舞动线路的测试光纤；所述电子解调系统包括顺次连接的数据采集模块、数据解调模块、嵌入式处理器和上位机，所述嵌入式处理器与所述上位机之间通过网络端口连接；所述数据解调模块包括FPGA数据处理模块及其连接的时钟单元、触发单元；所述脉冲激光序列单元包括顺次连接的激光器、调制器和放大器，所述激光器包括极窄线宽激光器模块。进一步地，所述调制器为声光调制器，可将连续光转换为脉冲光。进一步地，所述放大器为掺铒光纤放大器。进一步地，所述光电转换单元包括与所述环形器连接的光纤干涉仪以及与所述光纤干涉仪连接的光电探测器。进一步地，所述数据采集模块包括模拟信号采集模块和数字信号转换模块，所述模拟信号采集模块包括交流耦合式模拟采样通道，所述数字信号转换模块可通过通用I/O方法及用户自定义协议与外部设备互联。进一步地，所述触发单元包括软件触发模块与外部触发模块，所述软件触发模块包括上升沿、下降沿、高电平、低电平四种模式。进一步地，所述数据解调模块包括数据总线，所述FPGA数据处理模块通过PCIe数据总线与所述嵌入式处理器连接。进一步地，所述网络端口包括万兆以太网口和高速USB通用接口。本技术的有益效果包括以下几个方面：1、本技术主要应用于实时监测室外小档距OPPC光缆线路的舞动状态，具备强大的多重监测功能，既能对舞动状态进行定性监测，也可对舞动线路进行舞动幅度频率的定量监测，同时可以监测室外小档距OPPC光缆常见的低频舞动状态；2、本技术测振系统安装简便，通过简单的电路式连接即可，安装后可直接放置在室内，进行简易操作即可进行设备的运行和监测；3、本技术依靠嵌入式处理器以及通过时钟脉冲触发的FPGA模块及时获取光缆试验线路在各个舞动频率下的实时数据并进行数据积累，为今后在室外真型试验线路上的长距离监测做铺垫。附图说明图1是本技术分布式光纤测振系统的结构原理图。图2是本技术电子解调系统的结构原理图。具体实施方式实施例如图1所示，室外小档距光缆测振装置，包括光路调制系统以及与光路调制系统相连接的电子解调系统，光路调制系统包括脉冲激光序列单元、光电转换单元以及分别与两者连接的环形器，环形器连接舞动线路的测试光纤；电子解调系统包括顺次连接的数据采集模块、数据解调模块、嵌入式处理器和上位机，嵌入式处理器与上位机之间通过网络端口连接；数据解调模块包括FPGA数据处理模块及其连接的时钟单元、触发单元。其中光路调制系统的光信号经过光电转换模块将光信号转换为电信号，进入电子解调系统，电子解调系统的高速(>100MS/s)AD采集光路信息，经过FPGA，在FPGA内经过解调算法的处理，将光纤中的振动信息进行提取，通过DMA将数据传入高性能ARMCortex-A9处理器，最后通过万兆网将数据上传PC及，在人机界面上进行显示和存储。脉冲激光序列单元包括顺次连接的激光器、调制器和放大器，激光器是分布式光纤测振装置中非常关键的部件，采用RIO公司的极窄线宽激光器模块，具有极小的频率飘逸，可以迅速响应光相位的变化，干涉作用非常明显。该激光器的光中心波长为1550.12nm，光功率10mW。声光调制器（AOM）在系统中，使用的是连续注入的脉冲光来进行探测，因此必须使用调试器将连续光转换为脉冲光。相比于电光调制器，声光调试器工作更加稳定，不受偏振影响，适合工程应用。由于光线制备水平的快速发展，光线的损耗越来越低，瑞利散射光也越来越小，对于长距离的分布式传感器，需要采用光放大技术，采用掺铒光纤放大器（EDFA），具有增益高、噪声低、工作频带宽、输出功率高、泵浦功率高等良好特性。如图2所示，电子解调系统通过DIO向光路部分提供驱动脉冲，经过一系列操作对光路进行调制，通过光路部分的光电探测器发出3路表征光路信息的电压信号，通过高速ADC进行模拟采集，采集控制单元将采集的电压信号通过自定义协议的方式传送给在FPGA上的自定义的解调算法，得到光路部分的振动信号后，高速传输引擎将数据通过PCIe总线传送给高性能ARMCortex-A9处理器，在ARM9处理上集成万兆以太网口，通过万兆网将数据发给我上位机进行数据的存储，显示，配置等操作。数据采集模块包括模拟信号采集模块和数字信号转换模块，模拟信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
室外小档距光缆测振装置，其特征在于：包括光路调制系统以及与所述光路调制系统相连接的电子解调系统，所述光路调制系统包括脉冲激光序列单元、光电转换单元以及分别与两者连接的环形器，所述环形器连接舞动线路的测试光纤；所述电子解调系统包括顺次连接的数据采集模块、数据解调模块、嵌入式处理器和上位机，所述嵌入式处理器与所述上位机之间通过网络端口连接；所述数据解调模块包括FPGA数据处理模块及其连接的时钟单元、触发单元；所述脉冲激光序列单元包括顺次连接的激光器、调制器和放大器，所述激光器包括超窄线宽激光器模块。

【技术特征摘要】
1.室外小档距光缆测振装置，其特征在于：包括光路调制系统以及与所述光路调制系统相连接的电子解调系统，所述光路调制系统包括脉冲激光序列单元、光电转换单元以及分别与两者连接的环形器，所述环形器连接舞动线路的测试光纤；所述电子解调系统包括顺次连接的数据采集模块、数据解调模块、嵌入式处理器和上位机，所述嵌入式处理器与所述上位机之间通过网络端口连接；所述数据解调模块包括FPGA数据处理模块及其连接的时钟单元、触发单元；所述脉冲激光序列单元包括顺次连接的激光器、调制器和放大器，所述激光器包括超窄线宽激光器模块。2.如权利要求1所述的室外小档距光缆测振装置，其特征在于：所述调制器为声光调制器，可将连续光转换为脉冲光。3.如权利要求1所述的室外小档距光缆测振装置，其特征在于：所述放大器为掺铒光纤放大器。4.如权利要求1所述的室外小档距光缆测振装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢凯，魏建林，吕中宾，覃剑欢，张春雷，潘勇，刘泽辉，杨晓辉，张博，宋高丽，
申请(专利权)人：国网河南省电力公司电力科学研究院，北京锐科环宇科技有限公司，国家电网公司，
类型：新型
国别省市：河南,41