一种基于光纤传感的配电房环境监测方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于光纤传感的配电房环境监测方法和系统，属于配电房环境监测技术领域，包括如下步骤：安装单模光纤至配电房内；基于第一光纤和用于参考的第二光纤，利用单模分布式光纤测温装置得到配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线；构建第一光纤的离散反射镜模型，并基于离散反射镜模型进行分布式光纤振动分析，得到各段子光纤的振动信息；基于各段子光纤的振动信息对外界环境温度曲线进行温度补偿；基于温度补偿后的外界环境温度曲线、各段子光纤的振动信息、温度阈值和振动阈值，对配电房内温度和振动监测预警；本发明专利技术解决了难以利用连续单模光纤同时准确对配电房环境进行温度和振动监测的问题。环境进行温度和振动监测的问题。环境进行温度和振动监测的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤传感的配电房环境监测方法和系统


[0001]本专利技术涉及配电房环境监测
，特别是一种基于光纤传感的配电房环境监测方法和系统。

技术介绍

[0002]近年来，光纤拉曼分布式测温系统得到了较快发展，并逐渐应用到油库油罐温度监测，管道泄漏检测，电力电缆温度检测，大坝建筑完整性监测等领域。目前，系统分辨率达到1m，测温精度0.5℃。
[0003]光纤拉曼分布式测温传感利用自发拉曼散射效应和OTDR(Optical Time Domain Reflectometer，光时域反射)技术对光纤所处的温度场进行测量。分布式测温系统首先向光纤中注入高能脉冲激光，并产生两束反向传输的不同频率的拉曼光，分别是：波长较长、频率较小的斯托克斯光，和波长较短、频率较大的反斯托克斯光。反斯托克斯光强往往小于斯托克斯光强，反斯托克斯光对温度敏感性要比斯托克斯光高数个数量级，因此可以采用被检测点反斯托克斯光功率和斯托克斯光功率的比值来计算温度，用注入脉冲光和收到反射光的时间差来计算被检测点的距离。随着光纤传感应用领域的扩展，通过单模光纤实现监测环境的多项环境指数监测是必要的，对光纤振动导致温度偏差进行补偿，实现利用单模光纤同时进行温度和振动监测是亟需的。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述和/或现有的基于光纤传感的配电房环境监测方法和系统中存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术所要解决的问题在于难以利用连续单模光纤同时准确对配电房环境进行温度和振动监测。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于光纤传感的配电房环境监测方法，包括，安装单模光纤至配电房内；
[0008]基于第一光纤和用于参考的第二光纤，利用单模分布式光纤测温装置得到配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线；
[0009]构建第一光纤的离散反射镜模型，并基于离散反射镜模型进行分布式光纤振动分析，得到各段子光纤的振动信息；
[0010]基于各段子光纤的振动信息对外界环境温度曲线进行温度补偿；
[0011]基于温度补偿后的外界环境温度曲线、各段子光纤的振动信息、温度阈值和振动阈值，对配电房内温度和振动监测预警。
[0012]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测方法的一种优选方案，其中：所
述第一光纤和第二光纤为配电房电缆中任意相同的连续单模光纤。
[0013]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测方法的一种优选方案，其中：所述配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线，包括分别对所述第一光纤和第二光纤的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号进行积分平均计算；对第二光纤积分平均计算后的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号进行差分计算，得到第二光纤的温度T0，对第一光纤积分平均计算后的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号进行差分计算，得到第一光纤的拉曼散射温度T1；基于第二光纤的温度T0和第一光纤的拉曼散射温度T1计算得到配电房内单模光纤上的整段温度T2；根据配电房内电缆介质的导热系数和单模光纤上的整段温度T2，计算配电房内电缆热阻值，得到电缆外部环境的等效温度T3；对等效温度T3进行噪声滤波处理，得到配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线。
[0014]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测方法的一种优选方案，其中：所述分布式光纤振动分析包括将第一光纤均匀分割为若干段子光纤，获取各段子光纤的后向瑞利散射电场强度：
[0015][0016]其中，E
k
(k
i
)表示第i段子光纤ki的后向瑞利散射电场强度，E0表示第一光纤的入射光电场强度，α表示瑞利散射的衰减系数，r
i
表示第i
′
个散射粒子的系数，表示第i
′
个散射粒子的相位，L表示光纤长度，Q表示各段子光纤的散射粒子总数，j表示虚部符号；
[0017]基于各段子光纤的后向瑞利散射电场强度计算得到各段子光纤的散射光强：
[0018][0019]其中，I
ki
表示各段子光纤的散射光强，表示第i
′
+1个散射粒子的相位；
[0020]基于各段子光纤的散射光强，获取各段子光纤的振动信号。
[0021]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测方法的一种优选方案，其中：所述各段子光纤的振动信息包括对各段子光纤的振动信号进行频谱分析，并依次通过三角变换和贝塞尔含税变换，得到各段子光纤的振动信号的中心频率和若干个旁瓣频率分量；根据各段子光纤的振动信号的中心频率与1阶旁瓣，通过时域信号滤波得到各段子光纤的振动信号的频率差；根据各振动信号对应的正交参考信号，通过微分分叉相乘算法计算得到各振动信号的振动相位时域信号；将各振动信号相位时域信号进行迭代相减，得到各段子光纤的振动信息。
[0022]一种基于光纤传感的配电房环境监测系统，包括基于光纤传感的配电房环境监测方法；还包括，激光器，偏振控制器，驱动电路，波分复用器，微弱信号探测器，信号采集及控制电路和处理器；所述激光器分别与所述偏振控制器和驱动电路连接；所述波分复用器分别与所述偏振控制器和微弱信号探测器连接，并分别与所述第一光纤和第二光纤连接；所述信号采集及控制电路分别与所述微弱信号探测器，驱动电路和处理器连接。
[0023]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测系统的一种优选方案，其中：所述激光器发出的脉冲激光信号至所述偏振控制器，同时向所述驱动电路发送同步触发信号；所述偏振控制器接收所述激光器输出的脉冲信号激光，并对所述脉冲信号激光进行解
偏振控制，产生失去偏振特性的脉冲信号激光并将其经所述波分复用器向所述第一光纤和第二光纤发送；所述驱动电路接收所述同步触发信号并根据该信号向所述信号采集及控制电路发送采集信号的指令，所述信号采集及控制电路执行；所述波分复用器分别采集所述失去偏振特性的脉冲信号激光在参考单模光纤和在测温光纤中产生的后向拉曼散射信号并向所述微弱信号探测器发送；所述微弱信号探测器将所述后向拉曼散射信号进行放大并向所述信号采集及控制电路发送，所述信号采集及控制电路将其处理转化成数字信号并向所述处理器发送。
[0024]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测系统的一种优选方案，其中：所述处理器利用拉曼散射光时域反射技术得出测温光纤沿线的温度分布。
[0025]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测系统的一种优选方案，其中：所述后向拉曼散射信号包括为斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号，其中斯托克斯光信号与温度无关，反斯托克斯光信号受到光纤局部温度的调制。
[0026]作为本专利技术所述基于光纤传感的配电房环境监测系统的一种优选方案，其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤传感的配电房环境监测方法，其特征在于：包括，安装单模光纤至配电房内；基于第一光纤和用于参考的第二光纤，利用单模分布式光纤测温装置得到配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线；构建第一光纤的离散反射镜模型，并基于离散反射镜模型进行分布式光纤振动分析，得到各段子光纤的振动信息；基于各段子光纤的振动信息对外界环境温度曲线进行温度补偿；基于温度补偿后的外界环境温度曲线、各段子光纤的振动信息、温度阈值和振动阈值，对配电房内温度和振动监测预警。2.如权利要求1所述的基于光纤传感的配电房环境监测方法，其特征在于：所述第一光纤和第二光纤为配电房电缆中任意相同的连续单模光纤。3.如权利要求2所述的基于光纤传感的配电房环境监测方法，其特征在于：所述配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线，包括分别对所述第一光纤和第二光纤的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号进行积分平均计算；对第二光纤积分平均计算后的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号进行差分计算，得到第二光纤的温度T0，对第一光纤积分平均计算后的斯托克斯光信号和反斯托克斯光信号进行差分计算，得到第一光纤的拉曼散射温度T1；基于第二光纤的温度T0和第一光纤的拉曼散射温度T1计算得到配电房内单模光纤上的整段温度T2；根据配电房内电缆介质的导热系数和单模光纤上的整段温度T2，计算配电房内电缆热阻值，得到电缆外部环境的等效温度T3；对等效温度T3进行噪声滤波处理，得到配电房内电缆上分布的外界环境温度曲线。4.如权利要求2或3所述的基于光纤传感的配电房环境监测方法，其特征在于：所述分布式光纤振动分析包括将第一光纤均匀分割为若干段子光纤，获取各段子光纤的后向瑞利散射电场强度：其中，E
k
(k
i
)表示第i段子光纤ki的后向瑞利散射电场强度，E0表示第一光纤的入射光电场强度，α表示瑞利散射的衰减系数，r
i
表示第i
′
个散射粒子的系数，表示第i
′
个散射粒子的相位，L表示光纤长度，Q表示各段子光纤的散射粒子总数，j表示虚部符号；基于各段子光纤的后向瑞利散射电场强度计算得到各段子光纤的散射光强：其中，I
ki
表示各段子光纤的散射光强，表示第i
′
+1个散射粒子的相位；基于各段子光纤的散射光强，获取各段子光纤的振动信号。5.如权利要求4所述的基于光纤传感的配电房环境监测方法，其特征在于：所述各段子光纤的振动信息包括对各段子光纤的振动信号进行频谱分析，并依次通过三角变换和贝塞尔含税变换，得到各段子光纤的振动信号的中心频...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛明勇，徐长宝，高吉普，林呈辉，王宇，祝健杨，何雨旻，杨婧，冯起辉，古庭赟，汪明媚，孟令雯，唐赛秋，张后谊，张缘圆，
申请(专利权)人：贵州电网有限责任公司，
类型：发明
国别省市：