一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构的制作方法

1.本发明涉及一种光纤传感结构，特别是涉及一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构，属于光纤传感结构技术领域。


背景技术：

2.导线沿圆周方向覆冰不均匀的架空导线在侧向风力作用下产生的低频、大幅度自激振动现象。
3.导线舞动时，会在一档导线内形成一个、两个或三个波腹的驻波或行波，导线主要呈垂直运动，有时也呈椭圆运动，椭圆长轴在垂直方向或偏离垂直方向，有时还伴有导线扭转。
4.垂直振动的频率约为0.1～1hz，振幅在几十厘米到几米之间。严重的导线舞动是在大档距导线中产生一个波腹的振动，加上悬垂绝缘子串又沿线路方向摇摆，振幅可高达甚至略高于弧垂最大值(约10～12m)。
5.导线舞动的主要原因是导线上有不均匀的覆冰，它与导线无覆冰或均匀覆冰时的微风振动有着本质的不同(见架空线微风振动)。
6.在高纬度地区的冬季，如美国北方、加拿大、日本、苏联、北欧诸国、中国及新西兰等地，当气温在0～-10℃或更低时，风速在2～25m/s或更高时，风向与线路走向夹角在45
°
～90
°
范围内时，覆冰不均匀的导线就可能产生舞动。
7.输电线路导线舞动的防治是一个复杂的系统工程，各种输电线路导线舞动治理措施都只能在一定程度上抑制和削弱导线舞动，很难彻底消除。
8.现有的电缆舞动监测传感器都是采用电子元器件加微控制器做为监测单元，布置方式采用高压电缆附近直接布设，影响供电安全，为此设计一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构来解决上述问题。


技术实现要素：

9.本发明的主要目的是为了提供一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构，窄线宽激光器的光源输出连续激光至声光调制器，声光调制器将连续激光调制成脉冲激光，输出脉冲激光经过第二单模光纤进入edfa放大器，edfa放大器将脉冲激光能量放大可以保证较远的探测距离，脉冲激光经过第三单模光纤进入一分二3db耦合器，一分二3db耦合器将脉冲激光平均分成二个通道，第一个通道经过第四单模光纤进入第一环形器，第一环形器是右旋光传输结构，通过第四单模光纤进入第一环形器的光只能传输到第六单模光纤，然后进入第一3db耦合器，第一3db耦合器将这个光分束平均传输到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤，输入到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤的脉冲激光分别进入光栅阵列141～14n，151～15n，脉冲激光传输过程中在每一个光栅处都会产生回波散射效应，这些回波信号又分别返回到第一3db耦合器，产生马赫泽德相干效应。相干光学信号经过第六单模光纤，进入第一环形器，第一环形器是右旋传光结构，这个相干光回经过第一
环形器进入第五单模光纤，进入第一光电探测器，第一光电探测器实现光电信号转化，一分二3db耦合器的第二个通道经过第八单模光纤进入第二环形器，第二环形器是右旋光传输结构，通过第八单模光纤进入第二环形器的光只能传输到第七单模光纤，然后进入第二3db耦合器，第二3db耦合器将这个光分束平均传输到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤，输入到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤的脉冲激光分别进入光栅阵列14n～141，15n～151，脉冲激光传输过程中在每一个光栅处都会产生回波散射效应，这些回波信号又分别返回到第二3db耦合器，产生马赫泽德相干效应，相干光学信号经过第七单模光纤，进入第二环形器，第二环形器是右旋传光结构，这个相干光回经过第二环形器进入第九单模光纤，进入第二探测器，第二探测器实现光电信号转化，当外界振动引起第一单模传感光纤和第一单模传感光纤微弱的形变，都会使每一个光栅的反射信号产生光程差，从而使相干信号发生强弱变化，这些变化是振动信号的调制作用引发，在线缆舞动测量应用中，线缆舞动会使塔架结构产生微弱风摆，这个摆动频率和线缆舞动频率是一致的，回波信号强度和光纤在这一点的应力应变线性关系，采用应力变化规律和密集的光栅阵列(1米一个点位密度)能够实时测量线缆的摆动幅度和频率，当线缆摆动会引起塔架振动，塔架振动引起传感光纤微弱的形变，都会使每一个光栅的反射信号产生光程差，从而使相干信号发生强弱变化，这些变化是振动信号的调制作用引发，在线缆舞动测量应用中，线缆舞动会使塔架结构产生微弱风摆，这个摆动频率和线缆舞动频率是一致的，光纤相干技术灵敏度高，适合长波长信号探测，特别是大尺度的低频摆动效果明显。
10.本发明的目的可以通过采用如下技术方案达到：
11.一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构，包括窄线宽激光器、声光调制器、edfa放大器和一分二3db耦合器；
12.所述窄线宽激光器输出连续激光经过声光调制器和edfa放大器至一分二3db耦合器；
13.所述一分二3db耦合器将激光分成两束激光，其中一束激光输入至第一环形器并经过第一环形器输入至第一3db耦合器；
14.所述第一3db耦合器的输出端连接两组光栅传感阵列，所述一分二3db耦合器的另一束激光输出至第二环形器，所述第二环形器(18)输出端连接第二3db耦合器，所述光栅传感阵列的尾端连接第二3db耦合器。
15.优选的，所述窄线宽激光器和声光调制器之间通过第一单模光纤连接，所述声光调制器和edfa放大器之间通过第二单模光纤连接，所述edfa放大器和一分二3db耦合器之间通过第三单模光纤连接。
16.优选的，所述一分二3db耦合器和第一环形器之间通过第四单模光纤连接，所述第一环形器的输出端通过第五单模光纤连接第一光电探测器。
17.优选的，所述第一环形器与第一3db耦合器之间通过第六单模光纤连接。
18.优选的，两组光栅传感阵列分别为141～14n光栅传感阵列、151～15n光栅传感阵列；
19.一组光栅传感阵列为第一单模传感光纤组成另一组光栅传感阵列为第二单模传感光纤。
20.优选的，所述光栅传感阵列采用光纤波长的1550.2nm。
21.优选的，所述第二环形器与第二3db耦合器之间通过第七单模光纤连接，所述第二环形器输出端通过第九单模光纤连接第二光电探测器。
22.优选的，所述窄线宽激光器输出一个40mw的连续激光，且窄线宽激光器的波长为1550nm的连续激光。
23.优选的，所述第一环形器和所述第二环形器为右旋光传输结构，所述一分二3db耦合器通过第八单模光纤与第二环形器连接。
24.本发明的有益技术效果：
25.本发明提供的一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构，窄线宽激光器的光源输出连续激光至声光调制器，声光调制器将连续激光调制成脉冲激光，输出脉冲激光经过第二单模光纤进入edfa放大器，edfa放大器将脉冲激光能量放大可以保证较远的探测距离，脉冲激光经过第三单模光纤进入一分二3db耦合器，一分二3db耦合器将脉冲激光平均分成二个通道，第一个通道经过第四单模光纤进入第一环形器，第一环形器是右旋光传输结构，通过第四单模光纤进入第一环形器的光只能传输到第六单模光纤，然后进入第一3db耦合器，第一3db耦合器将这个光分束平均传输到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤，输入到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤的脉冲激光分别进入光栅阵列141～14n，151～15n，脉冲激光传输过程中在每一个光栅处都会产生回波散射效应，这些回波信号又分别返回到第一3db耦合器，产生马赫泽德相干效应。相干光学信号经过第六单模光纤，进入第一环形器，第一环形器是右旋传光结构，这个相干光回经过第一环形器进入第五单模光纤，进入第一光电探测器，第一光电探测器实现光电信号转化，一分二3db耦合器的第二个通道经过第八单模光纤进入第二环形器，第二环形器是右旋光传输结构，通过第八单模光纤进入第二环形器的光只能传输到第七单模光纤，然后进入第二3db耦合器，第二3db耦合器将这个光分束平均传输到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤，输入到第一单模传感光纤和第一单模传感光纤的脉冲激光分别进入光栅阵列14n～141，15n～151，脉冲激光传输过程中在每一个光栅处都会产生回波散射效应，这些回波信号又分别返回到第二3db耦合器，产生马赫泽德相干效应，相干光学信号经过第七单模光纤，进入第二环形器，第二环形器是右旋传光结构，这个相干光回经过第二环形器进入第九单模光纤，进入第二探测器，第二探测器实现光电信号转化，当外界振动引起第一单模传感光纤和第一单模传感光纤微弱的形变，都会使每一个光栅的反射信号产生光程差，从而使相干信号发生强弱变化，这些变化是振动信号的调制作用引发，在线缆舞动测量应用中，线缆舞动会使塔架结构产生微弱风摆，这个摆动频率和线缆舞动频率是一致的，回波信号强度和光纤在这一点的应力应变线性关系，采用应力变化规律和密集的光栅阵列(1米一个点位密度)能够实时测量线缆的摆动幅度和频率，当线缆摆动会引起塔架振动，塔架振动引起传感光纤微弱的形变，都会使每一个光栅的反射信号产生光程差，从而使相干信号发生强弱变化，这些变化是振动信号的调制作用引发，在线缆舞动测量应用中，线缆舞动会使塔架结构产生微弱风摆，这个摆动频率和线缆舞动频率是一致的，光纤相干技术灵敏度高，适合长波长信号探测，特别是大尺度的低频摆动效果明显。
附图说明
26.图1为按照本发明的一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构的一优选
实施例的系统图。
27.图中：1-窄线宽激光器，2-第一单模光纤，3-声光调制器，4-第二单模光纤，5-edfa放大器，6-第三单模光纤，7-一分二3db耦合器，8-第四单模光纤，9-第一环形器，10-第五单模光纤，12-第六单模光纤，13-第一3db耦合器，14-第一单模传感光纤，15-第二单模传感光纤，16-第二3db耦合器，17-第七单模光纤，18-第二环形器，19-第八单模光纤，20-第九单模光纤，21-第一光电探测器，22-第二光电探测器。
具体实施方式
28.为使本领域技术人员更加清楚和明确本发明的技术方案，下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
29.如图1所示，本实施例提供的一种光栅阵列马赫泽德电缆舞动监测光纤传感结构，包括窄线宽激光器1、声光调制器3、edfa放大器5和一分二3db耦合器7；
30.窄线宽激光器1输出连续激光经过声光调制器3和edfa放大器5至一分二3db耦合器7；
31.一分二3db耦合器7将激光分成两束激光，其中一束激光输入至第一环形器9并经过第一环形器9输入至第一3db耦合器13；
32.第一3db耦合器13的输出端连接两组光栅传感阵列，一分二3db耦合器7的另一束激光输出至第二环形器18，第二环形器18输出端连接第二3db耦合器16，光栅传感阵列的尾端连接第二3db耦合器16。
33.窄线宽激光器1的光源输出连续激光至声光调制器3，声光调制器3将连续激光调制成脉冲激光，输出脉冲激光经过第二单模光纤4进入edfa放大器5，edfa放大器5将脉冲激光能量放大可以保证较远的探测距离，脉冲激光经过第三单模光纤6进入一分二3db耦合器7，一分二3db耦合器7将脉冲激光平均分成二个通道，第一个通道经过第四单模光纤8进入第一环形器9，第一环形器9是右旋光传输结构，通过第四单模光纤8进入第一环形器9的光只能传输到第六单模光纤12，然后进入第一3db耦合器13，第一3db耦合器13将这个光分束平均传输到第一单模传感光纤14和第一单模传感光纤15，输入到第一单模传感光纤14和第一单模传感光纤15的脉冲激光分别进入光栅阵列141～14n，151～15n，脉冲激光传输过程中在每一个光栅处都会产生回波散射效应，这些回波信号又分别返回到第一3db耦合器13，产生马赫泽德相干效应。相干光学信号经过第六单模光纤12，进入第一环形器9，第一环形器9是右旋传光结构，这个相干光回经过第一环形器9进入第五单模光纤10，进入第一光电探测器21，第一光电探测器21实现光电信号转化，一分二3db耦合器7的第二个通道经过第八单模光纤19进入第二环形器18，第二环形器18是右旋光传输结构，通过第八单模光纤19进入第二环形器18的光只能传输到第七单模光纤17，然后进入第二3db耦合器16，第二3db耦合器16将这个光分束平均传输到第一单模传感光纤14和第一单模传感光纤15，输入到第一单模传感光纤14和第一单模传感光纤15的脉冲激光分别进入光栅阵列14n～141，15n～151，脉冲激光传输过程中在每一个光栅处都会产生回波散射效应，这些回波信号又分别返回到第二3db耦合器16，产生马赫泽德相干效应，相干光学信号经过第七单模光纤17，进入第二环形器18，第二环形器18是右旋传光结构，这个相干光回经过第二环形器18进入第九单模光纤20，进入第二探测器22，第二探测器22实现光电信号转化，当外界振动引起第一单
模传感光纤14和第一单模传感光纤15微弱的形变，都会使每一个光栅的反射信号产生光程差，从而使相干信号发生强弱变化，这些变化是振动信号的调制作用引发，在线缆舞动测量应用中，线缆舞动会使塔架结构产生微弱风摆，这个摆动频率和线缆舞动频率是一致的，回波信号强度和光纤在这一点的应力应变线性关系，采用应力变化规律和密集的光栅阵列(1米一个点位密度)能够实时测量线缆的摆动幅度和频率，当线缆摆动会引起塔架振动，塔架振动引起传感光纤微弱的形变，都会使每一个光栅的反射信号产生光程差，从而使相干信号发生强弱变化，这些变化是振动信号的调制作用引发，在线缆舞动测量应用中，线缆舞动会使塔架结构产生微弱风摆，这个摆动频率和线缆舞动频率是一致的，光纤相干技术灵敏度高，适合长波长信号探测，特别是大尺度的低频摆动效果明显。
34.在本实施例中，窄线宽激光器1和声光调制器3之间通过第一单模光纤2连接，声光调制器3和edfa放大器5之间通过第二单模光纤4连接，edfa放大器5和一分二3db耦合器7之间通过第三单模光纤6连接。
35.在本实施例中，一分二3db耦合器7和第一环形器9之间通过第四单模光纤8连接，第一环形器9的输出端通过第五单模光纤10连接第一光电探测器21。
36.在本实施例中，第一环形器9与第一3db耦合器13之间通过第六单模光纤12连接。
37.在本实施例中，两组光栅传感阵列分别为141～14n光栅传感阵列、151～15n光栅传感阵列；
38.一组光栅传感阵列为第一单模传感光纤14组成另一组光栅传感阵列为第二单模传感光纤15。
39.在本实施例中，光栅传感阵列采用光纤波长的1550.2nm。
40.在本实施例中，第二环形器18与第二3db耦合器16之间通过第七单模光纤17连接，第二环形器18输出端通过第九单模光纤20连接第二光电探测器22。
41.在本实施例中，窄线宽激光器1输出一个40mw的连续激光，且窄线宽激光器1的波长为1550nm的连续激光。
42.在本实施例中，第一环形器9和第二环形器18为右旋光传输结构，一分二3db耦合器7通过第八单模光纤19与第二环形器18连接。
43.以上，仅为本发明进一步的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明所公开的范围内，根据本发明的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本发明的保护范围。