一种海底电缆监测系统的监测方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种海底电缆监测系统的监测方法，包括以下步骤：对海底电缆区域进行方格划分，在每个方格中心布设红外高清摄像机，设定振动阈值；在每根海底电缆中设置两根光纤，并对光纤进行标定；连接各种设备；制器控制第一光源和第二光源发射激光，分离出振动信号S1和S2，求取振动信号S1和S2的振幅m1和m2，当max（m1，m2）大于阈值时，报警模块报警，控制器读取该时刻T，根据振动位置Z确定红外高清摄像机，控制器同时读取视频信息和AIS模块信号，精确确定电缆故障位置。本发明专利技术同时利用光纤的振动、温度和应变信息，以及联合AIS模块和红外高清摄像机，能够对光纤实时监测，当光缆出现故障时，能够快速定位故障位。能够快速定位故障位。能够快速定位故障位。

【技术实现步骤摘要】
一种海底电缆监测系统的监测方法及装置


[0001]本专利技术涉及一种海底电缆监测系统的监测方法，属于电缆设备保护领域。

技术介绍

[0002]生产海缆时，厂家至少保留了20％以上的冗余光纤，可以利用复合海缆中冗余的光纤，采用光纤布里渊散射原理实施分布式监测海缆的温度及应力变化。这种利用复合海缆中的光纤，不改变现有的海缆结构，无需增加传感器，实现在线连续实时监测，可以预先发现海缆的故障隐患和故障趋势，防止事故突发所带来的被动影响。
[0003]由于已有保护方法都属于被动防护方式，对海缆的实际保护能力有限，尤其对于因电源质量、海缆自身质量等内部因素引起的故障无任何预防能力。由于海缆自身长度较长、连续工作、敷埋于泥土等特点，因此，实施的监测系统应具有分布式、实时监测能力。

技术实现思路

[0004]专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术提供一种海底电缆监测系统的监测方法，同时利用光纤的振动、温度和应变信息，以及联合AIS模块和红外高清摄像机，能够对光纤实时监测，当光缆出现故障时，能够快速定位故障位置。
[0005]技术方案：为解决上述技术问题，本专利技术的一种海底电缆监测系统的监测方法，包括以下步骤：
[0006]对海底电缆区域进行方格划分，方格划分原则为船舶往来频繁方格划分密度大，在每个方格中心布设红外高清摄像机，设定振动阈值；
[0007]在每根海底电缆中设置两根光纤，并对光纤进行标定；
[0008]在每根光纤的端部设置感应装置；
[0009]在一根海底电缆中的两根光纤分别设置第一光源和第二光源，第一光源依次与第一耦合器、电光调制器、第一光纤放大器、光电探测器、第一光开关和光纤连接，第二光源依次与第二耦合器、偏振控制器、可调光纤衰减器、光隔离模块、第二光开关和光纤连接，第一耦合器与第二耦合器分别与第三耦合器连接，第三耦合器与频率计连接，第一光开关和第二光开关分别与光时域反射仪连接；
[0010]感应装置与控制器连接，控制器与报警模块连接，控制器控制第一光源和第二光源发射激光，两条光纤输出第一激光和第二激光；
[0011]第一激光经过解调、窄带快速傅里叶变换、除燥、滤波，分离出振动信号S1，第二激光经过解调、滤波分离出振动信号S2，计算信号S1和S2之间的时间延迟
△
T，确定振动频率为f振动发生的位置Z；
[0012](7)求取振动信号S1和S2的振幅m1和m2，当max(m1，m2)大于阈值时，报警模块报警，控制器读取该时刻T，根据振动位置Z确定红外高清摄像机，控制器同时读取视频信息和AIS模块信号，精确确定电缆故障位置。
[0013]作为优选，所述光源为泵浦光源，布里渊频移只与光纤承受的温度和应变有关，温
度和应变关系为：
[0014]v
B
(T，0)＝v
B
(T0，0)+C
T，v
.(T
‑
T0)
[0015]v
B
(T0，ε)＝v
B
(T0，0)+C
ε，v
.ε
[0016]式中：v
B
(T，0)为温度T下光纤无应变时对应的布里渊频移；v
B
(T0，ε)为在参考温度T0时无应变和应变ε下对应的布里渊频，C
T，v
和C
ε，v
.ε分别为布里渊频移的温度和应变系数，通过该方程，求解出应变的变化，当应变的变化超过应变阈值，控制器控制报警装置报警。
[0017]作为优选，所述步骤的除燥方法包含以下步骤：
[0018]选取合适的小波函数，并确定最优的小波分解层数，对初始信号进行M层的小波信号分解；
[0019]小波分解包含高频信号，对高频信号进行阈值处理，对M层高频系数作量化处理；
[0020]经过处理后的信号每层的低频信号部分作小波信号重构，得到降噪后所得的信号。
[0021]作为优选，所述阈值处理方法包含基于Sqtwolog规则的通用阈值、基于Rigrsure规则的Stein无偏似然估计阈值、基于Heursure规则的Stein无偏风险阈值和基于Minimaxi规则的最大最小准则阈值。
[0022]在本专利技术中，传感系统的脉宽决定了系统测量的信噪比和空间分比率，脉宽越大信噪比越高，应变和温度的测量精度也越高，但空间分辨率会简迪。在本专利技术中，脉冲宽度与温度、应变测量精度的关系为α＝79.05p
‑
1.523
+0.938，α是测量精度，单位MHz，p是脉宽，单位是ns，p>0。
[0023]有益效果：与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0024](1)本专利技术的海底电缆监测系统的监测方法，同时利用光纤的振动、温度和应变信息，以及联合AIS模块和红外高清摄像机，能够对光纤实时监测，当光缆出现故障时，能够快速定位故障位置。
[0025](2)本专利技术通过收集到的地形信息建立展示模型，并通过不断变化的地形数据，实时调整模型结构；对海缆分布区域内的地形模型进行划分，然后将海缆监测单元的监测数据进行可视化转换，进行可视化展示。
附图说明
[0026]图1为监测装置的系统原理图
具体实施方式
[0027]本专利技术的一种海底电缆监测系统的监测方法，包括以下步骤：
[0028]对海底电缆区域进行方格划分，方格划分原则为船舶往来频繁方格划分密度大，在每个方格中心布设红外高清摄像机，设定振动阈值；
[0029]在每根海底电缆中设置两根光纤，并对光纤进行标定；
[0030]在每根光纤的端部设置感应装置；
[0031]在一根海底电缆中的两根光纤分别设置第一光源和第二光源，第一光源依次与第一耦合器、电光调制器、第一光纤放大器、光电探测器、第一光开关和光纤连接，第二光源依次与第二耦合器、偏振控制器、可调光纤衰减器、光隔离模块、第二光开关和光纤连接，第一
耦合器与第二耦合器分别与第三耦合器连接，第三耦合器与频率计连接，第一光开关和第二光开关分别与光时域反射仪连接；
[0032]感应装置与控制器连接，控制器与报警模块连接，控制器控制第一光源和第二光源发射激光，两条光纤输出第一激光和第二激光；
[0033]第一激光经过解调、窄带快速傅里叶变换、除燥、滤波，分离出振动信号S1，第二激光经过解调、滤波分离出振动信号S2，计算信号S1和S2之间的时间延迟
△
T，确定振动频率为f振动发生的位置Z；
[0034](7)求取振动信号S1和S2的振幅m1和m2，当max(m1，m2)大于阈值时，报警模块报警，控制器读取该时刻T，根据振动位置Z确定红外高清摄像机，控制器同时读取视频信息和AIS模块信号，精确确定电缆故障位置。
[0035]在本专利技术中，所述光源为泵浦光源，布里渊频移只与光纤承受的温度和应变有关，温度和应变关系为：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海底电缆监测系统的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：对海底电缆区域进行方格划分，方格划分原则为船舶往来频繁方格划分密度大，在每个方格中心布设红外高清摄像机，设定振动阈值；在每根海底电缆中设置两根光纤，并对光纤进行标定；在每根光纤的端部设置感应装置；在一根海底电缆中的两根光纤分别设置第一光源和第二光源，第一光源依次与第一耦合器、电光调制器、第一光纤放大器、光电探测器、第一光开关和光纤连接，第二光源依次与第二耦合器、偏振控制器、可调光纤衰减器、光隔离模块、第二光开关和光纤连接，第一耦合器与第二耦合器分别与第三耦合器连接，第三耦合器与频率计连接，第一光开关和第二光开关分别与光时域反射仪连接；感应装置与控制器连接，控制器与报警模块连接，控制器控制第一光源和第二光源发射激光，两条光纤输出第一激光和第二激光；第一激光经过解调、窄带快速傅里叶变换、除燥、滤波，分离出振动信号S1，第二激光经过解调、滤波分离出振动信号S2，计算信号S1和S2之间的时间延迟
△
T，确定振动频率为f振动发生的位置Z；(7)求取振动信号S1和S2的振幅m1和m2，当max(m1，m2)大于阈值时，报警模块报警，控制器读取该时刻T，根据振动位置Z确定红外高清摄像机，控制器同时读取视频信息和AIS模块信号，精确确定电缆故障位置。2.根据权利要求1所述的海底电缆监测系统的监测方法，其特征在于：所述光源为泵浦光源，布里渊频移只与光纤承受的温度和应变有关，温度和应变关系为：v
B
(T，0)＝v
B
(T0，0)+C
T，v
.(T
‑
T0)v
B
(T0，ε)＝v
B
(T0，0)+C
ε，v
.ε式中：v
B
(T，0)为温度T下光纤无应变时对应的布里渊频移；v
B
(T0，ε)为在参考温度T0时无应变和应变ε下对应的布里渊频，C
T，v
和C
ε，v
.ε分别为布里渊频移的温度和应变系数，通过该方程，求解出应变的变化，当应变的变化超过应变阈值，控制器控制报警装置报警。3.根据权利要求1所述的海底电缆监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤的除燥方法包含以下步骤：选取合适的小波函数，并确定最优的小波分解层数，对初始信号进行M层的小波信号分解；小波分解包含高频信号，对高频信号进行阈值处理，对M层高频系数作量化处理；经过处理后的信号每层的低频信号部分作小波信号重构，得到降噪后所得的信号。4.根据权利要求3所述的海底电缆监测系统的监测方法，其特征在于：所述阈值处理方法包含基于Sqtwolog规则的通用阈值、基于Rigrsure规则的Stein无偏似然估计阈值、基于Heursure规则的Stein无偏风险阈值和基于Minimaxi规则的最大最小准则阈值。5.根据权利要求3所述的海底电缆监测系统的监测方法，其特征在于：所述步骤中外设有充油层，在海底电缆的端部设有油泵，油泵通过球阀与充油层连通，在充油层中设有用于监测充油层油压的传感器，传感器通过控制器与球阀连接。6.根据权利要求5所述的海底电缆监测系统的监测方法，其特征在于：所述传感器监测油压产生异常时，控制器与报警模块连接，报警模块报警，同时控制器控制球阀打开，对充
油层进行充油保护。7.根据权利要求1至6任一项所述的海底电缆监测系统的监测装置，其特征在于：包括海缆监测单元、数据传输单元、数据库管...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈奕钪，张维佳，黄小卫，吴聪，蔡驰，李晓骏，郭强，岑贞锦，王剑英，赵刚，左干清，蒋道宇，汲广，张劲中，金卫华，孙成军，范大宏，
申请(专利权)人：南京阿贝斯信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：