基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，包括信号发射器、隔离设备、探测光缆、信号接收器和上位机，所述信号发射器、探测光缆、信号接收器分别与隔离设备相连接，所述信号接收器与上位机信号相连，所述信号发射器用于将脉冲光信号通过隔离设备输入到探测光缆上，所述探测光缆设置在电缆通道内或者在埋地电缆旁伴行铺设，所述信号接收器用于通过隔离设备接收探测光缆输出的光强信号，将光强信号转化为电流信号，对电流信号进行处理得到振动信号，所述上位机用于对振动信号进行分析定位，确定振动源在探测光缆上的投影位置和纵向距离，向移动终端发送预警信息，本系统能够更加准确地定位振动源与探测光缆间的相对位置。光缆间的相对位置。光缆间的相对位置。

【技术实现步骤摘要】
基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统


[0001]本专利技术涉及电缆防外破监测预警
，尤其涉及一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统。

技术介绍

[0002]在电力系统中，电缆的运行质量对于电力系统的整体运行质量有十分重要的影响，在电力电缆的运行过程当中，对于外力破坏的防护是一项十分重要的管理工作内容，许多电力电缆铺设在地面下的电缆沟内，经常会出现工程施工过程中施工人员不小心破坏地下埋设的电力电缆的情况，既会影响电力系统的稳定运行，给电力企业造成损失，又会影响到供电稳定性，从而影响到周围居民的正常生活用电，因此建立电力线缆的防外破监测预警系统是十分有必要的。分布式光纤振动传感技术具有距离长、精度高、分布式测量的优点，能够提供整个光纤链路上的振动随时间变化的情况，现有的分布式光纤振动传感系统仅能对光纤周边的振动进行预警，而不能对外界振动的纵向距离进行定位，在应用过程中存在较大的误报情况。

技术实现思路

[0003]鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，以克服或至少部分解决现有技术所存在的上述问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案如下：
[0005]一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，包括信号发射器、隔离设备、探测光缆、信号接收器和上位机，所述信号发射器、探测光缆、信号接收器分别与隔离设备相连接，所述信号接收器与上位机信号相连，所述信号发射器用于将脉冲光信号通过隔离设备输入到探测光缆上，所述探测光缆设置在电缆通道内或者在埋地电缆旁伴行铺设，所述信号接收器用于通过隔离设备接收探测光缆输出的光强信号，将光强信号转化为电流信号，对电流信号进行处理得到振动信号，所述上位机用于对振动信号进行分析定位，确定振动源在探测光缆上的投影位置和纵向距离，向移动终端发送预警信息。
[0006]进一步的，所述信号发射器包括信号发生器、光脉冲发生器、调制器、放大器和滤波器，所述光脉冲发生器通过光纤向调制器发射连续光脉冲，所述信号发生器通过电线向调制器发送电信号，所述调制器用于对连续光脉冲和电信号进行调制，所述放大器的输入端通过光纤与调制器相连接，其输出端与滤波器相连接，用于对调制器输出的脉冲光信号进行放大，所述滤波器用于滤除放大后的脉冲光信号中的无用光信号，并将经过滤波的脉冲光信号通过光纤输入隔离设备。
[0007]进一步的，所述信号接收器包括光电探测器、运放电路和数据采集卡，所述光电探测器、运放电路和数据采集卡依次通过电路相连接，所述数据采集卡与上位机信号相连，所述光电探测器的输入端与隔离设备相连接，用于探测探测光缆中相干后向瑞利散射光的光强信号，并转换为电流信号，所述运放电路用于将光电探测器输出的电流信号进行放大并
发送至数据采集卡进行数据处理。
[0008]进一步的，所述上位机包括:
[0009]解调模块，用于将多段探测光缆虚拟为一长串独立分布的振动传感单元，根据每个振动传感单元所接收的振动信号解调出相应的接收时间与强度信号；
[0010]第一定位模块，用于基于解调得到的接收时间与强度信号确定振动源在探测光缆上的投影位置；
[0011]第二定位模块，用于基于多段探测光缆的振动幅度确定振动源与探测光缆之间的纵向距离；
[0012]预警模块，用于接收到振动信号的探测光缆所在位置、振动源在探测光缆上的投影位置、振动源与探测光缆之间的纵向距离，生成相应的预警信息，并分发到多个由用户指定的移动终端。
[0013]进一步的，所述第一定位模块具体用于在接收到振动信号时，根据解调出的接收时间确定同一时间点上所有接收到振动信号的振动传感单元，计算振动信号到达各个振动传感单元的时间差值，根据时间差值计算振动源达到各个振动传感单元的距离差值，以振动传感单元为焦点，距离差值为长轴作出双曲线，根据不同双曲线的交点确定振动源在探测光缆上的投影位置。
[0014]进一步的，所述第二定位模块具体用于在接收到振动信号时，从探测光缆上搜索振动幅度最高的点，将振动幅度最高的点定义为第一传感器点S1，定义由振动源引起的探测光缆振动的最远点为与S1相距距离为d的第二传感器点S2，对S1和S2的振动波形进行分析，获取振动信号到达S1和S2的时间差
△
t，振动信号在探测光缆所处土壤的传播速度为V，由传播时间与振动速度组成的振动传播直角三角形可以得到：
[0015](Vt1)2+d2＝(Vt2)2[0016]其中t1表示振动信号到达S1的时间，t2表示振动信号到达S2的时间，d为S1和S2之间的距离，t2＝t1+Δt，由此可以得到探测光缆与振动源之间的侧向距离y为：
[0017][0018]进一步的，所述系统还包括敲击测试装置，所述敲击测试装置包括壳体，所述壳体内设置有控制主板、通讯模块和定位模块，壳体底部上设置有自动敲击机构和行走机构，所述控制主板分别与通讯模块、定位模块信号相连，所述通讯模块用于实现控制主板与上位机之间的数据交互，所述自动敲击机构用于敲击探测光缆铺设区域的地面，所述行走机构用于驱动壳体移动。
[0019]进一步的，所述自动敲击机构包括底部敲击组件，所述底部敲击组件包括设置于壳体底部的腔体，所述腔体中设有隔板，所述隔板上开设有条形孔，隔板上方设置有转筒，所述转筒一端通过扭簧与腔体侧壁相连接，转筒另一端设有限位孔，转筒旁设置有推板，所述推板一侧设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上设有形状适应限位孔的限位部，推板另一侧设置有第一推杆电机，所述第一推杆电机的推杆与推板相连接，隔板下方设置有第一敲击部，所述第一敲击部通过第一弹簧与隔板相连接，转筒上卷绕有牵引绳，所述牵引绳的端部穿过条形孔与第一敲击部相连接。
[0020]进一步的，所述自动敲击机构包括侧面敲击组件，所述侧面敲击组件包括套设在
壳体侧面的环形电动导轨，所述环形电动导轨上滑动设置有滑块，所述滑块上设置有筒体，所述筒体内滑动设置有第二敲击部，所述第二敲击部通过第二弹簧与筒体端部相连接，第二敲击部的顶部和底部均排列设置有多个第一磁铁，筒体的上壁和下壁均开设有滑槽，所述滑槽内排列设置有第二磁铁，所述第一磁铁插入滑槽内，第一磁铁与第二磁铁的磁极排列方向相同，第二敲击部一端设有环状部，所述筒体一端设置有第二推杆电机，所述第二推杆电机的推杆端部设有电动夹持器。
[0021]进一步的，所述行走机构包括驱动电机和行走轮，所述驱动电机的输出轴与行走轮相连接，驱动电机通过控制电路与控制主板相连接。
[0022]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0023]本专利技术所提供的一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，通过信号发射器将脉冲光信号通过隔离设备输入到探测光缆上，信号接收器通过隔离设备接收探测光缆输出的光强信号，当探测光缆周围发生振动时，信号接收器可以将光强信号处理为相应的振动信号，由上位机对振动信号进行分析定位，确定振动源在探测光缆上的投影位置和纵向距离，从而有助于帮助工作人本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，其特征在于，所述系统包括信号发射器、隔离设备、探测光缆、信号接收器和上位机，所述信号发射器、探测光缆、信号接收器分别与隔离设备相连接，所述信号接收器与上位机信号相连，所述信号发射器用于将脉冲光信号通过隔离设备输入到探测光缆上，所述探测光缆设置在电缆通道内或者在埋地电缆旁伴行铺设，所述信号接收器用于通过隔离设备接收探测光缆输出的光强信号，将光强信号转化为电流信号，对电流信号进行处理得到振动信号，所述上位机用于对振动信号进行分析定位，确定振动源在探测光缆上的投影位置和纵向距离，向移动终端发送预警信息。2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，其特征在于，所述信号发射器包括信号发生器、光脉冲发生器、调制器、放大器和滤波器，所述光脉冲发生器通过光纤向调制器发射连续光脉冲，所述信号发生器通过电线向调制器发送电信号，所述调制器用于对连续光脉冲和电信号进行调制，所述放大器的输入端通过光纤与调制器相连接，其输出端与滤波器相连接，用于对调制器输出的脉冲光信号进行放大，所述滤波器用于滤除放大后的脉冲光信号中的无用光信号，并将经过滤波的脉冲光信号通过光纤输入隔离设备。3.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，其特征在于，所述信号接收器包括光电探测器、运放电路和数据采集卡，所述光电探测器、运放电路和数据采集卡依次通过电路相连接，所述数据采集卡与上位机信号相连，所述光电探测器的输入端与隔离设备相连接，用于探测探测光缆中相干后向瑞利散射光的光强信号，并转换为电流信号，所述运放电路用于将光电探测器输出的电流信号进行放大并发送至数据采集卡进行数据处理。4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，其特征在于，所述上位机包括:解调模块，用于将多段探测光缆虚拟为一长串独立分布的振动传感单元，根据每个振动传感单元所接收的振动信号解调出相应的接收时间与强度信号；第一定位模块，用于基于解调得到的接收时间与强度信号确定振动源在探测光缆上的投影位置；第二定位模块，用于基于多段探测光缆的振动幅度确定振动源与探测光缆之间的纵向距离；预警模块，用于接收到振动信号的探测光缆所在位置、振动源在探测光缆上的投影位置、振动源与探测光缆之间的纵向距离，生成相应的预警信息，并分发到多个由用户指定的移动终端。5.根据权利要求4所述的一种基于分布式光纤振动传感技术的防外破监测预警系统，其特征在于，所述第一定位模块具体用于在接收到振动信号时，根据解调出的接收时间确定同一时间点上所有接收到振动信号的振动传感单元，计算振动信号到达各个振动传感单元的时间差值，根据时间差值计算振动源达到各个振动传感单元的距离差值，以振动传感单元为焦点，距离差值为长轴作出双曲线，根据不同双曲线的交点确定振动源在探测光缆上的投影位置。6.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈太艺，曾繁祎，马鹏程，方九澍，黎源，卢刚，王思宇，
申请(专利权)人：海南电网有限责任公司三亚供电局，
类型：发明
国别省市：