一种基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆温度监测系统的制作方法

本实用新型涉及电力电缆温度监测领域，特别是一种基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆温度监测系统。

背景技术：

交联聚乙烯（XLPE）电力电缆具有击穿场强高、介质损耗角正切值小、绝缘电阻高等优越的电气性能，且安装维护方便。XLPE 电缆不仅广泛应用于中低压，还可应用于高压和超高压输电系统中，是未来电力电缆的主要发展方向。当XLPE电缆出现故障和运行异常时温度通常会有很大的改变。所以，对电缆的温度进行实时监测非常重要，温度监测也将成为XLPE电缆安全稳定运行的保障。

XLPE电缆作为电力系统的重要组件，其安全运行是整个电力系统的安全保障。由于电力电缆长期处于高温、强电场的环境中工作，容易出现过热或者短路的情况，当XLPE电缆经常处于高温的状态时会加快外部绝缘皮的老化，留下安全隐患，甚至会引发火灾，因此，有必要对电缆的温度进行实时的监测，在事故早期通过监测发现问题并采取相应的措施，可以有效地阻止电缆的加速老化及火灾的发生，减少经济的损失。对电缆的温度监测不能只是局部的测量，要实现对铺设的整条电缆线路的分布式监测。

近年来，光纤光栅传感技术的发展一直受到人们的关注，光纤光栅传感器有灵敏性高、抗电磁干扰能力强、绝缘性好、体积小、动态范围广等优点，适合在复杂恶劣的环境下工作，可以对电缆的温度进行实时的监测。因此构建一种基于光纤布拉格光栅（FBG）的XLPE电缆温度监测系统是可行的，对电力系统的安全运行具有实际意义。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆温度监测系统，能够很好地对XLPE电缆进行实时监测，从而有效地避免由于温度过高或过热而引起的绝缘材料加速老化、绝缘击穿和火灾的发生。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆温度监测系统，其特征在于：包括激励单元、耦合单元、传感单元、解调装置及服务器，所述激励单元连接耦合单元，耦合单元再与传感单元连接，所述耦合单元还通过解调装置与服务器连接；所述传感单元包括光纤布拉格光栅。

优选的，所述解调装置包括可调谐滤波器及光电探测器，所述激励单元为宽带光源，所述耦合单元为耦合器，耦合器连接可调谐滤波器，可调谐滤波器连接光电探测器，光电探测器连接数据采集模块，数据采集模块连接服务器。

优选的，所述传感单元包括光开关阵列，光开关阵列上设有多个通道，每个通道上设有多个波长互不相同的光纤布拉格光栅。

优选的，所述服务器与光开关驱动模块连接，光开关驱动模块与光开关阵列连接。

优选的，所述服务器还与宽带光源连接。

优选的，所述服务器采用2颗Intel Xeon E5-2640 v4十核CPU，共计20个物理计算核心，Broadwell-EP架构，主频2.4GHz，25MB高速智能三级缓存；2GB专业图形显卡；64GB(4*16GB)内存；2TB SATA企业级硬盘；23.6英寸液晶显示器。

优选的，所述可调谐滤波器采用美国BaySpec公司生产的WaveCapture FBGA分析仪，所述光电探测器采用铟镓砷半导体材料制作的铟镓砷探测器，所述数据采集模块采用USB口多功能12位采集模块，产品型号为JK-U12，所述光开关驱动模块采用1x4ns级高速光开关。

本实用新型提供一种基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆温度监测系统，可以实现对复杂恶劣环境下的XLPE电缆进行实时的温度监测；且传输距离远、速度快、对产品的使用环境要求低；能够很好地把被测信号变换成光信号的传输，不易受外界干扰；设备与监测的结果具有可重复性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明：

图1 本实用新型的结构示意图；

图2 本实用新型图1的详细结构示意图；

图3 本实用新型光纤布拉格光栅测温原理图；

图4为本实用新型入射光普示意图；

图5为本实用新型反射光谱示意图；

图6为本实用新型透射光谱示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆温度监测系统，其特征在于：包括激励单元、耦合单元、传感单元、解调装置及服务器，所述激励单元连接耦合单元，耦合单元再与传感单元连接，所述耦合单元还通过解调装置与服务器连接；所述传感单元包括光纤布拉格光栅。当XLPE电缆周围的温度变化时，光纤光栅的中心波长也会随之改变，宽带光源由耦合器传输到光纤布拉格光栅上，满足条件的反射光由光纤进入到波长解调模块，完成光电信号的转换，解调装置会将反射光的中心波长值和对应的光功率信息传输到服务器中。服务器通过Matlab软件编写数据采集程序获取模块传递的信息，将获取的信息进行处理并将处理后的值以XY坐标图的形式显示出来，并将温度值显示在服务器界面上。

优选的，如图2所示，所述解调装置包括可调谐滤波器及光电探测器，所述激励单元为宽带光源，所述耦合单元为耦合器，耦合器连接可调谐滤波器，可调谐滤波器连接光电探测器，光电探测器连接数据采集模块，数据采集模块连接服务器。

优选的，所述传感单元包括光开关阵列，光开关阵列上设有多个通道，每个通道上设有多个波长互不相同的光纤布拉格光栅。

优选的，所述服务器与光开关驱动模块连接，光开关驱动模块与光开关阵列连接。

优选的，所述服务器还与宽带光源连接。

优选的，所述服务器采用2颗Intel Xeon E5-2640 v4十核CPU，共计20个物理计算核心，Broadwell-EP架构，主频2.4GHz，25MB高速智能三级缓存；2GB专业图形显卡；64GB(4*16GB)内存；2TB SATA企业级硬盘；23.6英寸液晶显示器。该服务器具有高内存带宽，高效散热系统，超强的数据处理能力。用户可远程登录系统进行远程操作，系统可用性强；支持多种扩展接口。

优选的，所述可调谐滤波器采用美国BaySpec公司生产的WaveCapture FBGA分析仪，是一款可同时测量多个波长的集成光谱模块。所述光电探测器采用铟镓砷半导体材料制作的铟镓砷探测器，铟镓砷材料的光敏特性很好，光谱范围宽。所述数据采集模块采用USB口多功能12位采集模块，产品型号为JK-U12，具有极高的性价比，很好与Labview、MatLab、VB、VC连接。所述光开关驱动模块采用1x4ns级高速光开关，该光开关有着非常高的可靠性及环境适应性。

宽带光源经耦合器传输进入光开关阵列，光开关阵列受服务器的控制选择哪些通道进行测量，每条通道内部都含有多个波长互不相同的传感光栅，被控制打开的相应通道内的光栅的反射光再次由耦合器传输到滤波器中，传输到光电探测器中，完成光电信号的转换、处理。服务器通过对选定通道内的光栅波长进行寻址，找出对应光栅的位置。通过监测反射光谱得到相应的温度物理量信息。

解调装置可采用波分/空分复用技术。波分复用技术对光源的输出功率有所要求，且光栅的个数一般不宜超过20个。然而空分复用技术却完全不用考虑这两个问题，它的光栅可以波长相同，对光源的要求低。所以这两种技术的混合使用达到了扬长避短的目的，空分复用的光开关能控制每个通道的开关，增加了大量的传感光栅个数，还可以利用光源的整个带宽。波分/空分复用技术中可采用可调谐F-P腔滤波法，其滤波特性好、速度快、检测波谱区间大。

如图3-6所示，为基于光纤布拉格光栅的XLPE电缆测温原理图，光纤布拉格光栅（FBG）主要是用来选择特定光波。由宽带光源发出的光信号传输到光纤布拉格光栅上，符合FBG特定波长λ_B的光信号被反射，其他波长的光会被透射出去。XLPE电缆的温度改变会影响光栅的周期及折射率，进而使反射光及透射光的中心波长发生偏移(Δλ)。通过对波长变化量的监测得到温度物理量的变化信息。

上述的实施例仅为本实用新型的优选技术方案，而不应视为对于本实用新型的限制，本实用新型的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本实用新型的保护范围之内。