一种光电复合缆的远程监测系统及方法与流程

本发明涉及光电复合缆，特别涉及一种光电复合缆的远程监测系统及方法。

背景技术：

1、光电复合缆(optical-electrical composite cable)是一种集成了光纤和电缆功能的通信电缆。它通过在同一缆体内同时布置光纤和电缆，实现了光纤通信和电力传输的一体化。光电复合缆通常由光纤部分和电缆部分共同组成。光纤部分包括一根或多根用于传输光信号的细小的玻璃或塑料纤维，光纤具有高带宽和低损耗的特点，可以传输大量的数据，并且不受电磁干扰的影响。电缆部分包括用于传输电力和电信号的导线和包裹在导线外面用于保护导线的绝缘层，导线通常由铜或铝等导体制成，可以传输高功率电力和低频电信号。由于光电复合缆具有高带宽、低损耗、抗干扰能力强、通信供电一体化等特点，部署成本和稳定性远高于无线通信，常被应用于特殊应用环境下的远距离有线通信领域，例如海底、矿山、油田等。由于光电复合缆的部署环境复杂，经常需要面对相对恶劣的环境条件，因此在使用过程中可能会长期受到机械应力、化学腐蚀和热老化等恶劣条件的影响，同时光电复合缆中的电缆在使用过程中会产生热量，在相对密闭的部署环境不利于热量的散发，从而使得光电复合缆长期工作在高温环境下，恶劣的工作环境导致光电复合缆的绝缘系统容易老化破损，因此运用在远距离有线通信场景下的光电复合缆的往往具有很高的故障率。

技术实现思路

1、本发明正是基于上述问题，提出了一种光电复合缆的远程监测系统及方法，可以监测光电复合缆的工作温度分布，实现对电力光电缆运行状态的评估、故障预警和故障定位。

2、有鉴于此，本发明的第一方面提出了一种用于光电复合缆远程监测的中继测温模块，所述中继测温模块包括壳体以及安装在所述壳体内的中继单元、监测信号发生单元、监测信号接收单元以及第一耦合单元，所述壳体表面具有连接前段光电复合缆的第一接口和连接后段光电复合缆的第二接口，前段光电复合缆的光缆和电缆通过所述第一接口与所述中继测温模块连接，所述第一耦合单元设置在所述第二接口处用于与后段光电复合缆的光缆的首端连接，所述监测信号发生单元、所述监测信号接收单元以及所述中继单元与前段光电复合缆的电缆连接以通过所述电缆供电，所述中继单元的一端与前段光电复合缆的光缆的末端连接，另一端通过所述第一耦合单元与后段光电复合缆的光缆的起始端连接，所述监测信号发生单元和所述监测信号接收单元通过所述第一耦合单元与后段光电复合缆的光缆的起始端连接，所述监测信号发生单元用于向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号，所述监测信号接收单元用于从后段光电复合缆的光缆中接收所述光电复合缆温度监测信号的后向散射信号，所述中继单元用于补偿前段光电复合缆的光缆中的光信号衰减并将被偿后的光信号通过后续光电复合缆的光缆继续传输。

3、进一步的，所述中继测温模块还包括连接在所述监测信号发生单元、所述监测信号接收单元之前的第二耦合单元，所述监测信号发生单元通过所述第二耦合单元接收控制指令数据，所述监测信号接收单元通过所述第二耦合单元向光电复合缆的远程监测系统的控制单元发送光通信数据，所述光通信数据包括后段光电复合缆的光缆的后向散射信号数据，所述中继单元的一端与前段光电复合缆的光缆的末端连接具体为所述中继单元通过所述第二耦合单元与前段光电复合缆的光缆的末端连接。

4、进一步的，所述监测信号发生单元包括用于生成红外激光脉冲信号的红外激光发生单元和控制信号接收单元，所述控制信号接收单元包括用于将接收到的光信号转换为电信号的第一光电转换单元、用于放大所述电信号的第一信号放大单元、用于根据所述电信号的幅值自动控制所述第一信号放大单元的放大倍数的第一自动增益控制单元、用于修正所述电信号的波形的第一均衡单元、用于恢复所述电信号的脉冲波形的第一脉冲再生单元以及将所述电信号还原为原始数据的信号解调单元。

5、进一步的，所述监测信号接收单元包括用于从所述后向散射信号的光信号中分离出斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的分光单元以及测温数据处理单元，所述测温数据处理单元包括用于将斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光分别转换为电信号的第二光电转换单元、用于将斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光进行放大的第二信号放大单元以及将放大后的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光进行模数转换的模数转换单元。

6、进一步的，所述中继单元包括用于将接收到的光信号转换为电信号的第三光电转换单元、用于放大所述电信号的第三信号放大单元、用于根据所述电信号的幅值自动控制所述第三信号放大单元的放大倍数的第二自动增益控制单元、用于修正所述电信号的波形的第二均衡单元、用于恢复所述电信号的脉冲波形的第二脉冲再生单元以及用于将所述电信号调制为光信号以发送到后段光电复合缆的光缆中的信号调制单元。

7、本发明的第二方面提出了一种光电复合缆的远程监测系统，包括连接在首段光电复合缆的起始端的控制单元、通信单元以及供电单元，还包括连接在任意两段光电复合缆中间的如本发明第一方面任一项所述的中继测温模块。

8、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测系统中，所述中继测温模块在所述光电复合缆中以预设的间隔距离dl进行设置，其中所述间隔距离dl满足其中pemit为所述红外激光发生单元发出的红外激光脉冲信号的光功率，p0为预设的后向散射信号的最小光功率阈值，α为所述光电复合缆中的光缆的衰减系数。

9、本发明的第三方面提出了一种光电复合缆的远程监测系统，包括连接在首段光电复合缆的起始端的控制单元、通信单元以及供电单元，连接在任意两段光电复合缆中间的中继单元，还包括连接在每一段光电复合缆起始端的监测信号发生单元、监测信号接收单元以及第一耦合单元，所述监测信号发生单元、所述监测信号接收单元以及所述中继单元与光电复合缆的电缆以通过所述电缆供电，所述中继单元的一端与前段光电复合缆的光缆的末端连接，另一端通过所述第一耦合单元与后段光电复合缆的光缆的起始端连接，所述监测信号发生单元和所述监测信号接收单元通过所述第一耦合单元与后段光电复合缆的光缆的起始端连接，所述通信单元用于在所述控制单元的控制下向所述光电复合缆的光缆中发送第一光通信数据，所述监测信号发生单元用于向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号，所述监测信号接收单元用于从后段光电复合缆的光缆中接收所述光电复合缆温度监测信号的后向散射信号，所述中继单元用于补偿前段光电复合缆的光缆中的光信号衰减并将被偿后的光信号通过后续光电复合缆的光缆继续传输。

10、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测系统中，所述第一光通信数据包括控制所述监测信号发生单元向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号的控制指令数据，所述远程监测系统还包括连接在所述监测信号发生单元、所述监测信号接收单元之前的第二耦合单元，所述监测信号发生单元通过所述第二耦合单元接收所述第一光通信数据以解析得到所述控制指令数据，所述监测信号接收单元通过所述第二耦合单元向所述控制单元发送第二光通信数据，所述第二光通信数据包括后段光电复合缆的光缆的后向散射信号数据，所述中继单元的一端与前段光电复合缆的光缆的末端连接具体为所述中继单元通过所述第二耦合单元与前段光电复合缆的光缆的末端连接。

11、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测系统中，所述监测信号发生单元包括用于生成红外激光脉冲信号的红外激光发生单元和控制信号接收单元，所述控制信号接收单元包括用于将接收到的光信号转换为电信号的第一光电转换单元、用于放大所述电信号的第一信号放大单元、用于根据所述电信号的幅值自动控制所述第一信号放大单元的放大倍数的第一自动增益控制单元、用于修正所述电信号的波形的第一均衡单元、用于恢复所述电信号的脉冲波形的第一脉冲再生单元以及将所述电信号还原为原始数据的信号解调单元。

12、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测系统中，所述监测信号接收单元包括用于从所述后向散射信号的光信号中分离出斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的分光单元以及测温数据处理单元，所述测温数据处理单元包括用于将斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光分别转换为电信号的第二光电转换单元、用于将斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光进行放大的第二信号放大单元以及将放大后的斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光进行模数转换的模数转换单元。

13、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测系统中，所述中继单元包括用于将接收到的光信号转换为电信号的第三光电转换单元、用于放大所述电信号的第三信号放大单元、用于根据所述电信号的幅值自动控制所述第三信号放大单元的放大倍数的第二自动增益控制单元、用于修正所述电信号的波形的第二均衡单元、用于恢复所述电信号的脉冲波形的第二脉冲再生单元、用于将所述电信号调制为光信号以发送到后段光电复合缆的光缆中的信号调制单元以及用于将所述电信号调制为光信号以发送到光电复合缆的光缆中的信号调制单元。

14、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测系统中，所述中继单元、所述监测信号发生单元、所述监测信号接收单元在所述光电复合缆中以预设的间隔距离dl进行设置，其中所述间隔距离dl满足其中pemit为所述红外激光发生单元发出的红外激光脉冲信号的光功率，p0为预设的后向散射信号的最小光功率阈值，α为所述光电复合缆中的光缆的衰减系数。

15、本发明的第四方面提出了一种光电复合缆的远程监测方法，包括：

16、控制单元通过通信单元向所述光电复合缆的光缆中发送第一光通信数据，所述第一光通信数据包括控制监测信号发生单元向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号的控制指令数据；

17、控制信号接收单元通过第二耦合单元接收所述第一光通信数据；

18、从所述第一光通信数据中解析得到所述控制指令数据；

19、红外激光生成单元根据所述控制指令数据向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号，所述光电复合缆温度监测信号为预设频率的红外激光脉冲信号，所述红外激光脉冲信号携带有信号发出时间；

20、监测信号接收单元通过第一耦合单元检测所述后段光电复合缆的光缆中的后向散射信号的光信号；

21、通过分光单元从所述后向散射信号的光信号中分离出斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光；

22、通过测温数据处理单元生成对应所述斯托克斯散射光和所述反斯托克斯散射光第二光通信数据；

23、将所述第二光通信数据通过所述光电复合缆的光缆发送给所述控制单元；

24、所述控制单元通过解析所述第二光通信数据得到所述后段光电复合缆的温度分布数据。

25、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测方法中，所述监测信号接收单元与所述监测信号发生单元连接，监测信号接收单元通过第一耦合单元检测所述后段光电复合缆的光缆中的后向散射信号的光信号的步骤具体包括：

26、获取预设的温度分布采样距离sl；

27、所述红外激光生成单元根据所述控制指令数据向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号后向所述监测信号接收单元发出检测启动信号；

28、所述监测信号接收单元在接收到所述检测启动信号开始计时；

29、当计时达到第一时长t1时，以第二时长t2为周期对所述后段光电复合缆中的后向散射信号进行采样，其中所述第一时长t1与所述第二时长t2满足：

30、

31、其中c为光速。

32、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测方法中，通过测温数据处理单元生成对应所述斯托克斯散射光和所述反斯托克斯散射光第二光通信数据的步骤具体包括：

33、通过第二光电转换单元将所述斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的光信号转换为模拟电信号；

34、通过第二信号放大单元放大所述模拟电信号；

35、测量所述斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的所述模拟电信号的信号强度；

36、对所述模拟电信号执行模数转换以生成对应的斯托克斯散射数字电信号和反斯托克斯散射数字电信号；

37、将所述后向散射信号的接收时间确定为所述斯托克斯散射数字电信号和所述反斯托克斯散射数字电信号对应的接收时间；

38、将所述后向散射信号的接收时间、所述斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的所述模拟电信号的信号强度、所述斯托克斯散射数字电信号以及所述反斯托克斯散射数字电信号调制为所述第二光通信数据。

39、进一步的，在上述的光电复合缆的远程监测方法中，所述控制单元通过解析所述第二光通信数据得到所述后段光电复合缆的温度分布数据的步骤具体包括：

40、从所述第二光通信数据中解析得到所述光电复合缆温度监测信号的时间参数和信号强度参数，所述时间参数包括所述红外激光脉冲信号的信号发出时间以及所述后向散射信号的接收时间，所述信号强度参数包括所述斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光的所述模拟电信号的信号强度；

41、根据所述时间参数计算所述第二光通信数据对应的所述后段光电复合缆的目标位置；

42、根据所述信号强度参数计算所述目标位置的温度；

43、基于所述目标位置和所述目标位置的温度生成所述后段光电复合缆的温度分布数据。

44、本发明提出了一种光电复合缆的远程监测系统及方法，控制单元向所述光电复合缆的光缆中发送第一光通信数据，控制信号接收单元从所述第一光通信数据解析得到控制指令数据，红外激光生成单元根据控制指令数据向后段光电复合缆的光缆发出光电复合缆温度监测信号，监测信号接收单元检测所述后段光电复合缆的光缆中的后向散射信号的光信号，分光单元从所述后向散射信号中分离出斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，通过测温数据处理单元生成第二光通信数据发送给所述控制单元，所述控制单元通过解析所述第二光通信数据得到所述后段光电复合缆的温度分布数据，可以监测光电复合缆的工作温度分布，实现对电力光电缆运行状态的评估、故障预警和故障定位。