一种地埋电缆防外破的光纤振动模拟试验平台的制作方法

本发明涉及地埋电缆进行防外破监测技术领域，具体涉及一种地埋电缆防外破的光纤振动模拟试验平台。

背景技术：

随着城市的快速发展，城市地面上方架空线路空间要求不断缩小，入地电缆取代架空线路成为必然趋势，但地埋电缆纵横交错、运维复杂，同时与城建部门的工作衔接存在漏洞，导致在道路改造、地铁修建等城市建设施工中，地埋电缆频繁发生被破坏事故，对电网的供电可靠性和施工人员的安全造成了严重威胁。根据全国主要城市电缆故障统计，在引发故障的原因中外力破坏占58%，附件质量占27%，敷设施工隐患占12%，电缆本体质量占3%，可见：外力破坏是造成地埋电缆出现故障的主要原因之一，所以对地埋电缆进行防外破监测愈发重要。

基于分布式光纤传感技术的振动监测系统，通过监测电缆周围振动信号可为电缆的防外破预警提供数据支撑。由于电缆通道周围环境复杂，振动源类型较多，通常包括：气象（如刮风下雨）噪声源，车辆噪音、机械施工振动等，而不同振动源引起的振动特征差异较大，导致现有振动监测系统存在漏报、误报等问题。因此，有必要构建光纤振动模拟试验平台，对不同振动源引起的振动特性开展系统研究，从而为地埋电缆通道的外破监测及预警提供技术支撑。

技术实现要素：

本发明提供一种地埋电缆防外破的光纤振动模拟试验平台，该试验平台考虑了多种振动源的影响，通过搭建各种模拟装置，模拟各种振动源的振动特征；并保证光纤不受外部振动噪音的干扰前提下能够获得基础振动信号。该试验平台搭建较为简单，降低了试验的成本，具有较强的实用价值。

本发明采取的技术方案为：

一种地埋电缆防外破的光纤振动模拟试验平台，包括：

地埋电缆敷设容器、光纤振动测量系统、振动模拟源、信号采集系统；

所述地埋电缆敷设容器，用于模拟电缆的真实运行环境；

所述光纤振动测量系统，用于发出脉冲光，将光纤受到振动影响处的后向散射信号转化为电信号，从而得到电缆表面处的振动信号；

所述振动模拟源，用于模拟不同类型的振动源；

所述信号采集系统，用于实时采集振动信息，并能显示电缆不同部位的振动曲线。

所述地埋电缆敷设容器包括掩埋物、电缆、光纤、隔音匣；

掩埋物为黏质土、和/或砂质土，用于模拟不同环境土壤；

光纤敷设于电缆表面，用于测量振动信号；

隔音匣是由阻尼隔声吸声棉材料制作而成的密闭匣子，光纤末端放置于隔音匣，防止该部分测量信号受外界振动源的影响。

所述光纤振动测量系统包括用于给传感光纤传输光的光源组件、用于接收振动信号的光电信息处理组件；

光源组件调制出脉冲宽度为486ns的脉冲光通向光纤，振动模拟源振动使光纤内的光发生后向散射，后向散射的光信号经光电信息处理组件处理变为电信号。

所述振动模拟源包括气象噪音源、车辆噪音源、机械施工振动源；

所述气象噪音源包括风扇、喷头、气球，风扇用于模拟外界刮风噪音，喷头模拟下雨噪音，气球爆炸模拟打雷噪音；

所述车辆噪音源包括汽车喇叭、电动机，采用汽车喇叭鸣笛模拟车辆鸣笛噪音，电动机放置在掩埋物上运转模拟车辆运行噪音；

所述机械施工振动源包括木桩、铲子、锤子，将木桩垂直敲打进入掩埋物用于模拟打桩振动；铲子挖掘掩埋物，同时将电动机放置在掩埋物表面用于模拟挖掘振动；锤子敲打掩埋物用于模拟撞击振动。

所述信号采集系统包括数据采集卡、pc机，用于实时采集振动信息，并能显示电缆不同部位的振动曲线。

本发明一种地埋电缆防外破的光纤振动模拟试验平台，技术效果如下：

1、本发明试验平台考虑了多种振动源的影响，利用半封闭容器填充黏质土和砂质土模拟不同环境土壤，利用喇叭鸣笛模拟车辆鸣笛噪音，利用电动机振动模拟车辆运行噪音，可有效模拟行驶汽车引起的振动噪音。

2、本发明试验平台利用风扇模拟刮风噪音，利用喷头模拟降雨噪音，利用气球爆炸模拟打雷噪音，可有效的模拟不同气象环境引起的振动噪音。

3、本发明试验平台通过打桩、铲子挖掘、锤子敲击等，可研究不同机械施工振动源的振动特征。

4、本发明试验平台的隔音匣采用阻尼隔声吸声棉材料制作而成，保证其内部振动采集光纤不受外部振动噪音的干扰，可获得基础振动信号。

5、本发明试验平台的光纤振动模拟试验方法，布局紧凑，操作方便，具有较强的实用价值。

6、本发明振动模拟平台搭建较为简单，降低了试验的成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明试验平台结构示意图。

图2（1）为本发明试验平台的气象噪音源示意图；

图2（2）为本发明试验平台的车辆噪音源示意图；

图2（3）为本发明试验平台的机械施工振动源示意图。

具体实施方式

如图1、图2（1）、图2（2）、图2（3）所示，一种地埋电缆防外破的光纤振动模拟试验平台，包括：地埋电缆敷设容器10、光纤振动测量系统20、振动模拟源30、信号采集系统40。

地埋电缆敷设容器10用于模拟电缆真实运行环境。

振动模拟源30，用于模拟不同外物引起的振动特性。

地埋电缆敷设容器10包括掩埋物11、电缆12、光纤13、隔音匣14。掩埋物11包括黏质土、和/或砂质土时，填满容器可模拟不同环境土壤，黏质土与砂质土7∶3组合时模拟郊区土质，黏质土与砂质土3∶7组合时模拟城区土质。

光纤13敷设于电缆12表面，用于测量振动源的振动信号。隔音匣14由阻尼隔声吸声棉材料制作而成，通过将末端部分光纤装入其中，防止外界振动源的影响，从而获得无振动源干扰的基础波形。

振动模拟源30包括气象噪音源31、车辆噪音源32、机械施工振动源33。气象噪音源包括风扇311、喷头312、气球313，风扇311用于模拟外界刮风噪音，喷头312模拟雨的噪音，气球313爆炸声模拟打雷噪音。车辆噪音源32包括汽车喇叭321、电动机322，汽车喇叭321鸣笛模拟车辆鸣笛噪音，电动机322放置于掩埋物表面运转模拟车辆运行噪音。机械施工振动源33包括木桩331、铲子332、锤子333，木桩331被垂直敲打进入掩埋物用于模拟打桩振动，铲子332铲掩埋物11并将电动机322放在掩埋物11表面用于模拟挖掘振动，锤子333敲打掩埋物表面用于模拟撞击振动。

具体光纤振动模拟试验方法：

如图1所示，本发明实施例提供的光纤振动模拟试验平台，分别包括地埋电缆敷设容器10、光纤振动测量系统20、振动模拟源30、信号采集系统40。

地埋电缆敷设容器10中包含有：掩埋物11、电缆12、光纤13、隔音匣14。容器10由塑料材料制作而成，尺寸为1.5m×1m×1.5m；，掩埋物11包括黏质土、和/或砂质土，用于模拟不同环境土壤，电缆12为10kv单芯电缆，长度为1.3m；光纤13为1.3m长的单模光纤，隔音匣14尺寸为0.5m×0.2m×0.2m。

在容器10底部敷设电缆12，光纤13布置于电缆12表面，末端长度为0.5m的光纤13用隔音匣14密闭，用掩埋物11填满容器10。

振动模拟源30包括：气象噪音源31，车辆噪音源32、机械施工振动源33。

气象噪音源31包括：风速可调的风扇311、出水量可调的喷头312、10寸的气球313：

刮风噪音模拟：将风扇311放置于距敷设容器1m的位置，通过调整风扇风速，获得1级、2级、3级风，模拟刮风噪音引起的振动特性。

降雨噪音模拟：将喷头312置于容器正上方1m处，通过调整喷头喷水量模拟降雨噪音的影响，降水量分别设置为6.5升/分钟、9升/分钟、9.5升/分钟。

打雷噪音模拟：在气球313中充入500cm³的空气，并置于容器正上方1m处，将气球扎破模拟打雷噪音的影响。

车辆噪音源32利用汽车喇叭321、电动机322进行模拟：

车辆鸣笛噪音模拟：当掩埋物11为黏质土或砂质土时，分别在距容器2m，3m，4m处多次鸣笛，模拟汽车鸣笛噪音，鸣笛间断时间为1s。

车辆运行噪音模拟：用电动机322振动模拟汽车运行噪音，将电动机322放置于掩埋物表面、距容器1m、2m的位置，模拟车辆运行噪音的影响。

机械施工振动源33包括：0.12m×0.12m×1m的木桩331、0.21m×0.15m×1m的铲子332、锤头重4kg的铁锤333。

打桩振动模拟：在掩埋物表面，距电缆水平距离分别为0.5m、1m的位置，将木桩331垂直敲打进入掩埋物11至0.5m处，模拟打桩振动。

挖掘振动模拟：在掩埋物表面，距电缆水平距离分别为0.5m、1m的位置，用铲子332挖掘掩埋物11至0.5m处，同时将电动机322放置在掩埋物11表面，模拟挖掘振动的影响。

撞击振动模拟：在掩埋物表面，距电缆水平距离分别为0.5m、1m的位置，用铁锤333敲打掩埋物11表面，模拟撞击振动的影响。

光纤振动测量系统20包括：用于给传感光纤传输光的光源组件21、用于接收振动信号的光电信息处理组件22，光源组件21采用basik-e5窄线宽激光器和swoa-mb光开关，光电信息处理组件22采用pdb480c-ac光电探测器。

光源组件21调制出脉冲宽度为486ns的脉冲光通向光纤13，振动源30振动使光纤13内的光发生后向散射，后向散射的光信号经光电信息处理组件22处理变为电信号，数据采集卡41采用ua2011型数据采集卡，采样频率为10khz，将采集到的振动信号输入pc机42进行处理。