电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，完成对电缆隧道内参数在线监测，包括激光发射单元、激光基准信号单元、激光反馈信号单元、控制单元、分布式探头阵列，激光发射单元的控制端与控制单元的输出端连接，激光发射单元的输出端一路与激光基准信号单元的输入端连接，另一路与分布式探头阵列的输入端连接，分布式探头阵列的输出端与激光反馈信号单元的输入端连接，激光反馈单元的输出端与控制单元的输入端连接。实现电缆隧道内温度、湿度以及气体浓度参数的同时在线监测，结构简单、功耗低且本质安全。

【技术实现步骤摘要】
电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置及测量方法
本专利技术涉及光纤传感
，尤其是基于光时域分析技术的多参数分布式传感系统，主要应用于电缆隧道中温度、湿度以及气体浓度的多点分布式检测。
技术介绍
近年来，随着我国经济实力的增长和城市化建设的需求，国家电网公司加大了输电网电缆化投资力度，使电缆隧道的总里程数不断刷新。目前我国已成为世界上电缆隧道最多，建设发展最快的国家。随之而来的是对于电缆隧道运维管理的需求大大增加，其中对于电缆隧道内温度、湿度以及相应气体浓度的检测必不可少。然而，当前电缆隧道内针对上述参数的探测传感器大多仍旧停留在多种检测手段及相关设备拼装组合的阶段，不但传感器结构复杂，而且传感信号繁杂、数据传输需求量大，在现场应用中系统功耗大、稳定性差且难以实现监测的本质安全。当前，在电缆隧道内尚缺乏结构简单、功耗低、本质安全且可以对温度、湿度以及气体浓度同时进行探测的系统装置，使得电缆隧道内温度、湿度以及气体浓度参数的在线监测难以有效实施。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置及测量方法，实现电缆隧道内温度、湿度以及气体浓度参数的同时在线监测，结构简单、功耗低且本质安全。为实现上述目的，本专利技术采用下述技术方案：本专利技术第一专利技术提供了一种电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，完成对电缆隧道内参数在线监测，包括激光发射单元、激光基准信号单元、激光反馈信号单元、控制单元、分布式探头阵列，激光发射单元的控制端与控制单元的输出端连接，激光发射单元的输出端一路与激光基准信号单元的输入端连接，另一路与分布式探头阵列的输入端连接，分布式探头阵列的输出端与激光反馈信号单元的输入端连接，激光反馈单元的输出端与控制单元的输入端连接。进一步地，激光发射单元包括第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器的输入端分别与激光器高频驱动电路/温控电路电连接，激光器高频驱动电路/温控电路与控制单元电连接；第一激光器与第二激光器发出的脉冲激光束经过第一分束器后进入第二分束器，第二分束器分束后一束进入激光基准信号单元，另一束进入分布式探头阵列。进一步地，所述激光基准信号单元包括第三波分复用器、第三光电探测器和第四光电探测器；进入激光基准信号单元的光经第三波分复用器后分作两束，第一激光器的出射光进入第三光电探测器，第二激光器的出射光进入第四光电探测器；第三光电探测器和第四光电探测器响应得到的光电信号由多通道高速数据采集电路获取发送至控制单元，作为光信号分析的参考信号。进一步地，第二分束器另一束出射光经过环形器后一路进入第二波分复用器，第二波分复用器的出射光分为两束：第一激光器的出射光和第二激光器的出射光分别进入分布式探头阵列；分布式探头阵列的反射光按照原路径返回，经过环形器后进入第一波分复用器，第一波分复用器的出射光分作两束，第一激光器的反射光传输至第一光电探测器，第二激光器的反射光传输至第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器的输出光电信号与多通道高速数据采集电路连接，多通道高速数据采集电路与控制单元电连接。进一步地，所述分布式探头阵列包括若干串联连接的探头，相邻两探头之间串接有用来放大激光信号的延时器；所述探头包括气室、第一光纤光栅、第二光纤光栅和第三光纤光栅；所述第一光纤光栅和第二光纤光栅特征波长不同，第一激光器出射光射向第一光纤光栅后一部分光线沿原路径反射，另一部分光线射向第二光纤光栅后出射光一部分射向延时器，另一部分沿原路径反射；第二激光器的出射光经过气室被待测气体吸收后射向第三光纤光栅，出射光一部分射向延时器，另一部分沿原路径反射。进一步地，所述气室表面设置有若干孔洞，气室通过孔洞与外界环境相连通，完成对外界环境气体进行检测。本专利技术第二方面提供了电缆隧道多参数光纤分布式传感测量方法，具体如下：分布式探头阵列的不同探头的反射回波信号将在不同时刻到达第一光电探测器和第二光电探测器，通过对时域上的回波信号进行解调，实现对不同探头处温度、湿度以及气体浓度信息的解调。进一步地，第一激光器出射光波长由短及长进行扫描，解调获取分布式探头阵列中第一光纤光栅反射回波信号IT1’、IT2’、……、ITn’以及第二光纤光栅的反射回波信号IH1’、IH2’、……、IHn’；通过监测反射回波信号波长的漂移，根据光纤光栅特征参数完成温度和湿度检测参数的推演。进一步地，第二激光器的一束强度为IG0的脉冲到达第一探头，在第一探头中被气室中的气体吸收后强度变为IG1，经过第一探头的第三光纤光栅的部分反射后，一部分脉冲光束被反射，其强度为IG1r31，另一部分脉冲光束透射过第三光纤光栅，并经过延时器后向探头而传输，其强度为IG1t31；其中r31为第一探头中第三光纤光栅的反射率，而透射的强度为IG1t31的脉冲光束经过第二探头中气室内气体的吸收后其强度变为IG2，反射一部分脉冲光束，其强度为IG2r31，透射一部分脉冲光束，其强度为IG2t31；依次类推，直到探头n；对于探头1光纤光栅3的回波信号IG1’，其中，α1为与第一探头中气室和待测气体特征吸收波长有关的常数，c1为气室内气体的浓度；同理，对于探头2光纤光栅3的回波信号IG2’，依次类推，对于回波信号IGn’，基于公式(1)-(n)，通过获取的回波信号IG1’、IG2’、……、IGn’，最终可以反演得到各个探头处待测气体的浓度值。
技术实现思路
中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是专利技术所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：1、本专利技术将温度、湿度以及气体浓度参数探测的器件串接于光纤之上，在对多参数进行检测时，实现了由多种传感器的简单拼接到系统有效集成的跨越，真正提出一种一体化的多参数(温度、湿度、气体浓度)探测装置；2、系统采用光时域分析技术，一束激光脉冲可实现多点同时检测，大大提高光源利用效率；3、探测装置采用分布式结构，仅通过两根光纤即可实现对长距离范围内多个待测点的探测，大大减少了探测光源的数量，有效降低了探测系统的功耗，同时价格更加低廉；4、在监测现场，所提出探测装置均为光信号的光纤传输，免于电磁干扰的影响，且检测过程在现场无带电操作，具有本质安全属性。附图说明图1是本专利技术电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置结构示意图；图2是本专利技术各探头中光信号的分布以及回波信号的解释说明示意图。具体实施方式为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本专利技术进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本专利技术的不同结构。为了简化本专利技术的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本专利技术可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本专利技术省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本专利技术。本专利技术所提出的系统装置如图1所示，主要由激光器高频驱动电路/温控电路、激光器1、激光器2、分束器1、分束器2、环形器、波分复用器1、波分复用器2、波分复用器3、延时器、光电探测器1(PD1)、光电探测器2(PD2)、光电探测器3(PD3)、光电探测器4(PD4)、多通道高速数据采集本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，完成对电缆隧道内参数在线监测，其特征是，包括激光发射单元、激光基准信号单元、激光反馈信号单元、控制单元、分布式探头阵列，激光发射单元的控制端与控制单元的输出端连接，激光发射单元的输出端一路与激光基准信号单元的输入端连接，另一路与分布式探头阵列的输入端连接，分布式探头阵列的输出端与激光反馈信号单元的输入端连接，激光反馈单元的输出端与控制单元的输入端连接。

【技术特征摘要】
1.电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，完成对电缆隧道内参数在线监测，其特征是，包括激光发射单元、激光基准信号单元、激光反馈信号单元、控制单元、分布式探头阵列，激光发射单元的控制端与控制单元的输出端连接，激光发射单元的输出端一路与激光基准信号单元的输入端连接，另一路与分布式探头阵列的输入端连接，分布式探头阵列的输出端与激光反馈信号单元的输入端连接，激光反馈单元的输出端与控制单元的输入端连接。2.如权利要求1所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，激光发射单元包括第一激光器和第二激光器，第一激光器和第二激光器的输入端分别与激光器高频驱动电路/温控电路电连接，激光器高频驱动电路/温控电路与控制单元电连接；第一激光器与第二激光器发出的脉冲激光束经过第一分束器后进入第二分束器，第二分束器分束后一束进入激光基准信号单元，另一束进入分布式探头阵列。3.如权利要求2所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，所述激光基准信号单元包括第三波分复用器、第三光电探测器和第四光电探测器；进入激光基准信号单元的光经第三波分复用器后分作两束，第一激光器的出射光进入第三光电探测器，第二激光器的出射光进入第四光电探测器；第三光电探测器和第四光电探测器响应得到的光电信号由多通道高速数据采集电路获取发送至控制单元，作为光信号分析的参考信号。4.如权利要求2所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，第二分束器另一束出射光经过环形器后一路进入第二波分复用器，第二波分复用器的出射光分为两束：第一激光器的出射光和第二激光器的出射光分别进入分布式探头阵列；分布式探头阵列的反射光按照原路径返回，经过环形器后进入第一波分复用器，第一波分复用器的出射光分作两束，第一激光器的反射光传输至第一光电探测器，第二激光器的反射光传输至第二光电探测器；第一光电探测器和第二光电探测器的输出光电信号与多通道高速数据采集电路连接，多通道高速数据采集电路与控制单元电连接。5.如权利要求4所述的电缆隧道多参数光纤分布式传感测量装置，其特征是，所述分布式探头阵列包括若干串联连接的探头，相邻两探头之间串接有用来放大激光信号的延时器；所述探头包括气室、第一光纤光栅、第二光纤光栅和第三光纤光栅；所述第一光...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏玉宾，葛少伟，王寅，刘统玉，李艳芳，马聪，牟泽刚，姜涛，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济南供电公司，国家电网公司，山东省科学院激光研究所，
类型：发明
国别省市：山东,37