【技术实现步骤摘要】
本申请涉及城市电缆网状态监测预警领域，尤其是涉及一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统及方法。
技术介绍
1、电缆在电力运运输、城市基建以及工业生产等多个领域扮演着尤为重要的角色，是人们日常生活必不可少的基础设施。我国电缆分布极为密集，随着运行时间的增加，电缆老化会出现各类问题，需要及时发现并修复，否则容易造成安全事故和经济损失。
2、针对电缆监测长距离、大范围、实时监测的需求，分布式光纤传感技术因其高灵敏、连续大范围、抗干扰能力强等优点从众多管道监测技术中脱颖而出，能够对电缆进行全面、实时的监测，保障管道安全。
3、然而，目前仍存在着探测距离与探测精度、探测距离与探测频率之间的制约关系。具体来说，分布式光纤传感技术中，由于受到光纤损耗的影响，其长距离探测质量较差，探测结果信噪比低，不能满足需要高性能探测的异常放电需求；由于异常放电信号频率较高，需要较高的探测频率，但是分布式声波传感技术的探测频率同样受限于探测距离。
4、综上所述，尽管分布式光纤传感技术能够较好地契合电缆网络监测的需求，但是仍在探测距离与探测精度、探测距离与探测频率之间存在制约关系，实际应用中需要一种可以打破该瓶颈的探测手段。
技术实现思路
1、本申请实施例的目的在于提供一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统及方法，将分布式光纤传感有限的时间、能量资源重新分配，实现了电缆多维异常事件的同时高质量识别。
2、为实现上述目的，本申请提供如下
3、第一方面，本申请实施例提供一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，包括交替式多维声波感知光缆及声波探测系统，
4、所述交替式多维声波感知光缆由散射增强光纤及单模光纤交替连接组成，用于探测电缆网络的异常放电及异物入侵行为的声音信息；
5、所述声波探测系统，与交替式多维声波感知光缆的一端相连，向光缆发射探测光信号并接收带有声音信息的反射光信号。
6、所述散射增强光纤密绕在电缆接头，用于增强探测光的散射强度，配合多维声波解调算法可实现高精度、高采样率超声异常放电探测；单模光纤于电缆沿线直铺，用于探测沿线异物入侵声波信息。
7、散射增强光纤的密绕方式包括螺旋缠绕式、s型回盘粘贴式，其中螺旋缠绕式通过在重点待测区域光纤螺旋缠绕后，采用粘性材料包裹紧贴的方式布设；s型回盘粘贴式通过将光纤s形盘旋贴在粘性材料上，再将粘性材料包裹紧贴布设在电缆接头。
8、所述声波探测系统包括光发射模块、光接收模块、信号解调模块、电缆网状态预警模块，所述光发射模块向连接交替式多维声波感知光缆的传感光纤上发送光信号，光接收模块接收传感光纤上经过交替式多维声波感知光缆反射的光信号后传输到信号解调模块，信号解调模块对光接收模块接收的光信号进行解调后将得到的信息传输给电缆网状态预警模块进行预警。
9、第二方面，本申请实施例提供一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，包括以下步骤：
10、多维声波解调：利用声波探测系统接受的带有声音信息的反射光信号，并同时解调其中高频异常放电、低频异物入侵声波信息；
11、电网状态预警：利用高频异常放电、低频异物入侵声波信息进行电网状态预警。
12、所述多维声波解调具体包括：
13、a1：发射定位脉冲，根据散射增强光纤特性，通过后向反射光信号确定散射增强光纤位置，定位电缆接头处的异常放电监测位置，其中第i个电缆接头的位置为li；
14、a2：根据异常放电监测位置确定关系，确定高采样率模式及低采样率模式下电缆接头位置li反射信号的等效到达时间ti与采样率的关系；
15、a3：选取合适的高采样率模式采样率fh和低采样率模式采样率fl；
16、a4：按特定周期交替进行高采样率模式采样及低采样率模式采样，采集声波信号；
17、a5：通过反射光信号的等效到达时间区分不同位置，通过对反射光信号相位解调实现不同位置的高频异常放电、低频异物入侵声波信息的解调。
18、电缆接头位置li反射信号的等效到达时间ti表示为：
19、
20、其中n为光纤折射率、c为光速，f为采样率，
21、其中，低采样率模式下n＝0，高采样率模式n为大于等于零的整数，使得
22、低采样率模式采样率fl需满足l为传感光纤的长度；
23、高采样率模式采样率fh为满足如下两个条件的最小值：
24、b1：大于3倍的异常放电信号典型频率，即：
25、fh>3fe
26、b2：所有电缆接头位置li反射信号的等效到达时间ti不存在时间重合，即对于任意两个电缆接头都需满足：
27、|tn-tm|>τ+n(ln+lm)/2c
28、其中τ为脉冲宽度，ln与lm为第n和m个电缆接头长度。
29、特定周期交替进行高采样率模式采样及低采样率模式采样的比率为1：20～1：40，高采样率模式每采样0.5s，低采样率模式采样10～20s，
30、其中，高采样率模式仅采集电缆接头处散射增强光纤信号，低采样率模式采集单模光纤信号。
31、电网状态预警采用时频信息判断电网异常放电及异物入侵事件，通过ai神经网络实现电网状态预警。
32、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：可兼顾长距离监测与高信噪比高探测频率的需求，实现光纤多维传感的电缆监测。为异常放电探测单元实现光纤编码，对于高信噪比、高探测频率的异常放电信号通过编码进行定位和区分，同时提升其传感通道的探测信噪比，可实现高灵敏的异常放电探测；同时，由于对于第三方入侵信号不存在高信噪比、高探测频率要求，因此采用普通光纤进行探测，可为异常放电信号的探测提供时间、能量资源。经过本专利的系统设计，将分布式光纤传感有限的时间、能量资源重新分配，实现了电缆多维异常事件的同时高质量识别。
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1.一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，包括交替式多维声波感知光缆及声波探测系统，
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，所述散射增强光纤密绕在电缆接头，用于增强探测光的散射强度，配合多维声波解调算法可实现高精度、高采样率超声异常放电探测；单模光纤于电缆沿线直铺，用于探测沿线异物入侵声波信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，散射增强光纤的密绕方式包括螺旋缠绕式、S型回盘粘贴式，其中螺旋缠绕式通过在重点待测区域光纤螺旋缠绕后，采用粘性材料包裹紧贴的方式布设；S型回盘粘贴式通过将光纤S形盘旋贴在粘性材料上，再将粘性材料包裹紧贴布设在电缆接头。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，所述声波探测系统包括光发射模块、光接收模块、信号解调模块、电缆网状态预警模块，所述光发射模块向连接交替式多维声波感知光缆的传感光纤上发送光信号，光接收模块接收传感光纤上经过
5.一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，其特征在于，所述多维声波解调具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，其特征在于，电缆接头位置Li反射信号的等效到达时间ti表示为：
8.根据权利要求7所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，其特征在于，
9.根据权利要求7所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，其特征在于：
10.根据权利要求5所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警方法，其特征在于，电网状态预警采用时频信息判断电网异常放电及异物入侵事件，通过AI神经网络实现电网状态预警。
...【技术特征摘要】
1.一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，包括交替式多维声波感知光缆及声波探测系统，
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，所述散射增强光纤密绕在电缆接头，用于增强探测光的散射强度，配合多维声波解调算法可实现高精度、高采样率超声异常放电探测；单模光纤于电缆沿线直铺，用于探测沿线异物入侵声波信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，散射增强光纤的密绕方式包括螺旋缠绕式、s型回盘粘贴式，其中螺旋缠绕式通过在重点待测区域光纤螺旋缠绕后，采用粘性材料包裹紧贴的方式布设；s型回盘粘贴式通过将光纤s形盘旋贴在粘性材料上，再将粘性材料包裹紧贴布设在电缆接头。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式光纤多维传感的城市电缆网状态监测预警系统，其特征在于，所述声波探测系统包括光发射模块、光接收模块、信号解调模块、电缆网状态预警模块，所述光发射模块向连接交替式多维声波感知光缆的传感光纤上发送光信号，光接...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨波，蔡超，罗浩，秦知航，桂恒立，刘汗清，徐亦锦，程哲，李璐，夏渝昆，彭旭武，范存政，闫志君，孙琪真，
申请(专利权)人：国网湖北省电力有限公司武汉供电公司，
类型：发明
国别省市：
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