一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统技术方案

一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，包括激光收发模块，光纤传输模块和传感监测模块，光纤传输模块包括双包层光纤；本发明专利技术使用双包层光纤作为激光供能和信息回传通路，分别在纤芯和包层中传输两路光，因此可以在一根光纤中传输两路光束。激光工作在1060～1600nm波段，能够同时完成激光功能和信号传输，无需从新设置通信波段的光路，并且器件成熟，降低了成本，本发明专利技术融合了光纤及光器件领域的相关技术进展，解决了电力系统自动化和智能电网应用环境下设备监测传感器的供能需求。

A Laser Energy Supply and Common Channel Information Return System Based on Double Cladding Optical Fiber

A laser energy supply and common-path information return system based on double-clad optical fiber includes laser transceiver module, optical fiber transmission module and sensing monitoring module, and optical fiber transmission module includes double-clad optical fiber. The invention uses double-clad optical fiber as the laser energy supply and information return path, and transmits two optical beams in the core and cladding respectively, so two optical beams can be transmitted in one optical fiber. \u3002 Laser works in the band of 1600-1600 nm, can complete laser function and signal transmission at the same time, does not need to set up new optical path of communication band, and the device is mature and reduces cost. The invention integrates the related technical progress in the field of optical fiber and optical device, and solves the energy supply demand of equipment monitoring sensor in the environment of power system automation and smart grid application.

【技术实现步骤摘要】
一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统
本专利技术涉及光纤传输领域，具体的，涉及一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统。
技术介绍
随着电力系统自动化和智能电网的发展，对中高压电力设备进行实时监测日益重要，输变电设备中智能电子设备和监测的传感器的应用日益广泛。为了准确监测电气设备的多种物理量，大量的、多种类型的传感器节点将密集分布于待测区域内。中高压电气设备监测传感器主要由电子电路组成，采用低压直流供电。然而，在诸如高压架空线路、电力变压器、中高压开关柜等应用环境下，考虑到安装位置与绝缘要求，其电源一般不能由导线从低压侧直接供给，电气设备一次侧电压等级高，无法直接从一次侧取电。常规通过人工补充传感器节点能量的方法不再适用，其代价也是非常巨大的，导致电源供给成为制约在线监测系统发展急需突破的难题。目前针对电力系统自动化和智能电网应用环境下设备监测传感器的供能需求，涌现出多种供能技术，包括自然环境取能、电磁场取能、非接触式激光供能等，由于设备监测传感器数量类型众多，处于复杂的地理位置环境中，加之电气设备的安全绝缘特性，需要取能方案兼顾供电可靠性、供电质量、供电功率等多种要求。自然环境取能方法，例如太阳能和风能，其受季节影响较大，太阳能夏天强冬天弱，风能则相反是夏天弱冬天强；在一天24小时里，太阳能只能在白天利用，而风能则是夜间强于白天。由于自然环境的不可控性，不能够为监测装置提供稳定的电能供应。电磁场取能方法，例如电流互感器取能，其工作受到电网电流的影响。通常线路电流动态范围很大，当一次电流较低(低至数安)时，不能获取足够的能量，致使取能设备留有“取能死角”；当一次电流增大至数千安以上时，取能互感器产生的高压检脉冲对副边各器件造成的干扰和损坏，尤其对电源和后续电路的干扰较大。激光供能方法，较好的平衡了以上取能方法的特点，能够屏蔽自然环境，以及电网电流的影响，为监测装置提供稳定的电能供应。但如何能够在在传能光纤的选型、共路信息的传输、以及降低高电位传感监测功耗、以及降低激光供能系统整体成本方面进行改进成为现有技术亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，解决了电力系统自动化和智能电网应用环境下设备监测传感器的供能需求，且简化了系统构架，降低了整体成本。为达此目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，其特征在于：包括激光收发模块，光纤传输模块和传感监测模块，所述光纤传输模块包括双包层光纤；其中所述激光收发模块包括，第一光路分束器、光电探测器、和传感信息存储器，所述发射激光器发射出的能量光经由第一光路分束器耦合至光纤传输模块中的双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路往对端发射，双包层光纤中包层或者纤芯中的另外一路所接收的信号调制光经由第一光路分束器传输至光电探测器，光电探测器得到电信号存储传感信息存储器；所述双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路往传感监测模块发射能量光，双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路接收传感监测模块传输至激光收发模块的信号调制光；所述传感监测模块包括，耦合分光器、光伏电池、设备监测传感器、和光电调制器，其中所述第二光路分束器接收双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路的能量光，并经由耦合分光器将该能量光束分为两路，主要部分发送至光伏电池进行供电，较少部分发送至光电调制器作为信号调制光，所述光伏电池对设备监测传感器进行供电，所述设备监测传感器输出传感信号，传输至光电调制器对所述信号调制光进行调制，调制后的所述信号调制光经由所述第二光路分束器耦合至双包层光纤中的包层或者纤芯中的另一路，回传至激光收发模块。可选的，所述能量光在包层中传输，所述信号调制光在纤芯中传输。可选的，所述激光器、所述双包层光纤、所述光电探测器和所述光电调制器的工作波长介于1060～1600nm波段。可选的，所述激光器的工作波长介于1060～1600nm，光谱线宽小于3nm，输出功率不低于5W，工作方式为连续波模式。可选的，所述光电探测器光谱响应范围介于1060～1600nm，感光响应时间小于0.1ms，对应响应带宽大于10KHz。可选的，所述双包层光纤工作波长介于1060～1600nm，纤芯数值孔径介于0.08～0.12，包层数值孔径不小于0.46，纤芯损耗@1300nm不大于40dB/km，包层损耗@1095nm不大于15dB/km，芯层直径介于10～20um，包层直径介于130～400um。可选的，所述光伏电池工作波长介于1060～1600nm，在此范围内的量子效率不低于20％，光/电转换后能输出不低于1W的功率，且所述光伏电池内含直流升压功能，用于将级联输出电压升至3.3V。可选的，所述光电调制器为可调光衰减器，工作波长介于1060～1600nm，工作电压大于3.3V，衰减范围介于0～25dB，响应速度小于0.1ms，可调制信息的传输速率不小于10Kbits/s。可选的，所述耦合分光器将至少95％的光发送至光伏电池进行供电，优选为将输入光波按照99:1分至两路输出。可选的，所述第一光路分束器和所述第二光路分束器采用熔融拉锥光纤束的方式制成。相对于现有技术，本专利技术具有如下的优点：1.利用了双包层激光器的包层和光纤作为两个传输通路，实现了共路传输；2.相关元器件工作在1060～1600nm波段，能够同时完成激光功能和信号传输，无需从新设置通信波段的光路，并且器件成熟，降低了成本；3.实现从高电位侧向低电位侧的单向传输，降低高电位传感监测功耗的实现，信息传输速率可以实现10Kbits/s左右的速度，满足电力系统自动化和智能电网应用环境下设备监测传感器信息回传要求，相比于现有技术中双向传输信息以及高至54Mbits/s的传输速率，明显减少了功耗。附图说明图1是根据本专利技术具体实施例的基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统的整体模块图；图2是根据本专利技术具体实施例的激光收发模块的示意图；图3是根据本专利技术具体实施例的传感检测模块的示意图。图中的附图标记所分别指代的技术特征为：101、激光收发模块；102、光纤传输模块；103、传感检测模块；201、发射激光器；202、第一光路分束器；203、光电探测器；204、传感信息存储器；301、第二光路分束器；302、耦合分光器；303、光伏电池；304、设备监测传感器；305、光电调制器。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本专利技术，而非对本专利技术的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本专利技术相关的部分而非全部结构。本专利技术在于：使用双包层光纤作为激光供能和信息回传通路，分别在纤芯和包层中传输两路光，可选的，在包层中传输激光功能，在纤芯中传输返回的信号光，因此可以在一根光纤中传输两路光束。激光工作在1060～1600nm波段，虽然功率不够高，但涵盖了传感和通信常用波段，并且相关光路器件制作成熟，能够更好的控制系统成本，便于系统的大规模、低成本制造，特别适用于在电力系统自动化和智能电网应用环境下设备监测传感器信息回传中仅仅需要单路信息回传，对于功耗要求不高的场合。参见图1至图3，图1示出了基于双包层光纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，其特征在于：包括激光收发模块，光纤传输模块和传感监测模块，所述光纤传输模块包括双包层光纤；其中所述激光收发模块包括，第一光路分束器、光电探测器、和传感信息存储器，所述发射激光器发射出的能量光经由第一光路分束器耦合至光纤传输模块中的双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路往对端发射，双包层光纤中包层或者纤芯中的另外一路所接收的信号调制光经由第一光路分束器传输至光电探测器，光电探测器得到电信号存储传感信息存储器；所述双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路往传感监测模块发射能量光，双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路接收传感监测模块传输至激光收发模块的信号调制光；所述传感监测模块包括，耦合分光器、光伏电池、设备监测传感器、和光电调制器，其中所述第二光路分束器接收双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路的能量光，并经由耦合分光器将该能量光束分为两路，主要部分发送至光伏电池进行供电，较少部分发送至光电调制器作为信号调制光，所述光伏电池对设备监测传感器进行供电，所述设备监测传感器输出传感信号，传输至光电调制器对所述信号调制光进行调制，调制后的所述信号调制光经由所述第二光路分束器耦合至双包层光纤中的包层或者纤芯中的另一路，回传至激光收发模块。...

【技术特征摘要】
1.一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，其特征在于：包括激光收发模块，光纤传输模块和传感监测模块，所述光纤传输模块包括双包层光纤；其中所述激光收发模块包括，第一光路分束器、光电探测器、和传感信息存储器，所述发射激光器发射出的能量光经由第一光路分束器耦合至光纤传输模块中的双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路往对端发射，双包层光纤中包层或者纤芯中的另外一路所接收的信号调制光经由第一光路分束器传输至光电探测器，光电探测器得到电信号存储传感信息存储器；所述双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路往传感监测模块发射能量光，双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路接收传感监测模块传输至激光收发模块的信号调制光；所述传感监测模块包括，耦合分光器、光伏电池、设备监测传感器、和光电调制器，其中所述第二光路分束器接收双包层光纤中的包层或者纤芯中的一路的能量光，并经由耦合分光器将该能量光束分为两路，主要部分发送至光伏电池进行供电，较少部分发送至光电调制器作为信号调制光，所述光伏电池对设备监测传感器进行供电，所述设备监测传感器输出传感信号，传输至光电调制器对所述信号调制光进行调制，调制后的所述信号调制光经由所述第二光路分束器耦合至双包层光纤中的包层或者纤芯中的另一路，回传至激光收发模块。2.根据权利要求1所述的一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，其特征在于：所述能量光在包层中传输，所述信号调制光在纤芯中传输。3.根据权利要求1或2所述的一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，其特征在于：所述激光器、所述双包层光纤、所述光电探测器和所述光电调制器的工作波长介于1060～1600nm波段。4.根据权利要求3所述的一种基于双包层光纤的激光供能及共路信息回传系统，其特征在于：所述激光器的工作...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈翰，闵靖，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32