一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统，包括传感监测单元和解调存储单元；所述传感监测单元包括弱反射光栅阵列；所述解调存储单元包括激光器、脉冲调制器、第一环形器、第二环形器、正交解调及存储器。本发明专利技术传感阵列使用弱反射光栅阵列，增加复用容量可达上千基元，由于光纤及光栅均可实现低损耗的长距离，因此可实现几十公里长距离OPGW沿线监测；弱反射光栅作为传感部分对振动敏感，利用平衡干涉仪实现振动干涉测量可实现微风舞动下的微弱信号感知；同时考虑到长距离阵列信号同步监测的难度，采用更加简单的正交解调方式，将传感信号调制到高频部分可降低低频相位随机变化引起的相位衰落干扰，进而提升系统的监测精度。提升系统的监测精度。提升系统的监测精度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统


[0001]本专利技术涉及光缆舞动监测领域，具体是一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统。

技术介绍

[0002]随着我国电力事业不断发展，大量超高压的庞大输电线路系统不断投入运行，由于长距离的输电线路一般需经过复杂地域，在大风、低温、雷击等天气作用下，极易导致线路覆冰舞动，进而引起输电线路损坏，因此我国输电线路监测也成为业界重视的关键问题。光纤传感技术的进步为OPGW光缆舞动监测提供了解决方法，其中基于光纤光栅的监测系统因其良好传感精度及可实现复用等优势得到了广泛关注，但对于一般反射率光栅而言，光栅反射率一般为90％，在多点复用后，光信号在传播过程中易产生多次反射，相同光程的脉冲干扰会叠加在有用信号上，极大地增加了各主脉冲传感单元串扰，因此限制了复用规模的进一步提升，难以适应OPGW光缆在复杂野外环境下的长距离监测的实际需求。
[0003]为了解决普通光栅复用数量少、监测距离短、信号干扰大等问题，亟需一种能够实现长距离监测、大规模复用、信噪比良好的OPGW舞动监测系统。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统，利用弱反射率(反射率低于
‑
30dB)的啁啾光栅阵列进行时分复用，通过干涉测量方式监测舞动导致的光缆振动，通过长距离分布式监测，得到OPGW光缆大范围舞动监测结果，通过光缆感知外界振动信号收集舞动信息，进而监测判断线缆舞动事件的发生。
>[0005]一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统，包括传感监测单元和解调存储单元；
[0006]所述传感监测单元包括弱反射光栅阵列；
[0007]所述解调存储单元包括激光器、脉冲调制器、第一环形器、第二环形器、正交解调及存储器；
[0008]所述激光器，用于发出连续窄线宽激光；
[0009]所述脉冲调制器，用于将所述激光器发出的连续激光调制为脉冲光；
[0010]所述第一环形器，用于将脉冲光单向传输到所述弱反射光栅阵列中且使光栅反射的光脉冲串能返回到第二环形器；
[0011]所述第二环形器，用于将反射回来的光脉冲串单向传输到所述平衡干涉仪中；
[0012]所述平衡干涉仪，用于使第二环形器发送来的脉冲发生干涉，再经过第二环形器输出干涉信号到正交解调及存储器中；
[0013]所述正交解调及存储器，用于对第二环形器发送的干涉信号进行正交解调实现相位差输出，并存储最终结果。
[0014]进一步的，所述弱反射光栅阵列采用反射率小于
‑
30dB的啁啾光栅阵列。
[0015]进一步的，所述平衡干涉仪包括耦合器、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、相位调节器及中间连接光纤。
[0016]本专利技术传感阵列使用弱反射光栅阵列，增加复用容量可达上千基元，由于光纤及光栅均可实现低损耗的长距离，因此可实现几十公里长距离OPGW沿线监测；弱反射光栅作为传感部分对振动敏感，利用平衡干涉仪实现振动干涉测量可实现微风舞动下的微弱信号感知；同时考虑到长距离阵列信号同步监测的难度，采用更加简单的正交解调方式，将传感信号调制到高频部分可降低低频相位随机变化引起的相位衰落干扰，进而提升系统的监测精度。
附图说明
[0017]图1是本专利技术基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统的结构示意图；
[0018]图2是本专利技术的详细结构布置示意图；
[0019]图3是原始信号和正交解调后得到的干涉信号强度对比图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0021]图1所示为本专利技术基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统的结构示意图，所述基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统包括传感监测单元和解调存储单元。
[0022]所述传感监测单元包括：弱反射光栅阵列，所述弱反射光栅阵列可为反射率小于
‑
30dB的啁啾光栅阵列，利用反射率小于
‑
30dB的啁啾光栅阵列进行光缆振动传感，光栅间距为米级，监测距离可达数公里。
[0023]所述解调存储单元包括：激光器、脉冲调制器、环形器1、环形器2、正交解调及存储器，通过正交解调法解调各光栅振动传感单元信号，实现OPGW光缆舞动状态的分布式监测。
[0024]所述激光器，用于发出连续窄线宽激光；
[0025]所述脉冲调制器，用于将所述激光器发出的连续激光调制为脉冲光；
[0026]所述环形器1，用于将脉冲光单向传输到所述弱反射光栅阵列中且使光栅反射的光脉冲串能返回到环形器2；
[0027]所述环形器2，用于将反射回来的光脉冲串单向传输到所述平衡干涉仪中；
[0028]所述平衡干涉仪，用于使环形器2发送来的脉冲发生干涉，再经过环形器2输出干涉信号到正交解调及存储器中；
[0029]所述正交解调及存储器，用于对环形器2发送的干涉信号进行正交解调实现相位差输出，并存储最终结果。
[0030]所述正交解调及存储器采用正交解调法实现传感信号解调。经过含有外部舞动信号相位及载波调制相位的干涉信号可表示为：
[0031][0032]其中：f0为载波调制频率，B为干涉信号交流部分幅度，表示干涉信号初始相位，表示由于光缆舞动导致的光栅传感器传感信号相位变化量。
[0033]解调信号频率与载波频率同频，利用数字信号产生参考解调频率，信号可表示为：
[0034][0035]式中：C为参考信号交流项的幅度，表示参考信号的随机初始相位。
[0036]将式(2)进行希尔伯特变换移相90
°
，得到正交参考信号：
[0037][0038]将干涉信号分别与相互正交的参考信号混频，然后低通滤波后得到：
[0039][0040]上式经过相除后反正切可得到舞动信号造成的光栅相位变化量
[0041][0042]具体实施例：
[0043]如图2所示，窄线宽激光器被调制成脉宽小于100ns的脉冲光，通过环形器1进入OPGW光缆沿线的弱反射光栅阵列中，光栅反射率小于
‑
30dB，反射回的脉冲光阵列通过环形器2进入平衡干涉仪中，其中平衡干涉仪由耦合器、法拉第旋转镜1、法拉第旋转镜2、相位调节器及中间连接光纤构成，当给平衡干涉仪单臂施加高频相位调制，调制频率为f0，通过耦合器将干涉后的脉冲阵列输出到解调器中，利用正交解调实现舞动相位监测。
[0044]本专利技术相对于传统光栅传感系统主要改进在于，传感阵列使用本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于弱反射光栅阵列的OPGW光缆舞动分布式监测系统，其特征在于：包括传感监测单元和解调存储单元；所述传感监测单元包括弱反射光栅阵列；所述解调存储单元包括激光器、脉冲调制器、第一环形器、第二环形器、正交解调及存储器；所述激光器，用于发出连续窄线宽激光；所述脉冲调制器，用于将所述激光器发出的连续激光调制为脉冲光；所述第一环形器，用于将脉冲光单向传输到所述弱反射光栅阵列中且使光栅反射的光脉冲串能返回到第二环形器；所述第二环形器，用于将反射回来的光脉冲串单向传输到所述平衡干涉仪中；所述平衡干涉仪，用于使第二环形器发送...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭庆瑞，李亚平，李德存，南东亮，李峰，张志军，解鹏，郭学让，何玲，张强，黎玉娥，张烨，张秦玚，
申请(专利权)人：国家电网有限公司北京物联感知科技有限公司，
类型：发明
国别省市：