一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及分布式光纤传感领域，应用于电缆沟电缆温度监测的分布式光纤测温，具体涉及一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统。
【背景技术】
[0002]随着电力电缆在电网和动力电缆大型工业企业的应用，其使用量越来越多，对其运行可靠性的监测也越来越受到重视，电缆沟铺设电缆的方式，虽然具有成本高、投资大、不便维护等缺点，但其与外界隔离、运行可靠性高，不占用底面和架空线路，因而此种铺设方式往往是最佳的选择。
[0003]电缆在运行过程中由于电流通过而发热老化，当温度超过其耐受温度时，引起加速老化，最终缩短电缆寿命，甚至引起火灾停电等严重事故。因此，电缆运行温度的实时监测对于掌握电缆的工作状况、预防重大事故的发生，在人员安全的保障和经济损失的避免上是有重要意义的；传统监测电缆温度的方式，多为分散性的温度探测器，探测范围小，集中度不高，实时性不强，维护性差，或者采用感温电缆的测温方式，由于其电介质特性，在长线和恶劣的电磁环境下易受外界干扰，因而可靠性和维护性差，容易误报警等。另外感温测温只能定性，无法定量，因而不能给维护人员提供同一位置点在不同时刻的温度变化趋势等宝贵信息。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型的目的为解决现有技术的上述问题，提供了一种监测距离长、可靠性高、不受电磁干扰、适用于恶劣工业环境现场的分布式的基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下:
[0005]一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:包括激光器、光纤放大器、波分复用器、数模转换模块、采集控制模块、传感光纤、上位机和若干路光电转换模块，所述激光器输出的激光信号接入光纤放大器，光纤放大器输出的脉冲放大信号接入波分复用器输出至传感光纤和光电转换模块，光纤放大器同时获取传感光纤的背向散射信号，所述光电转换模块将光电信号转换成电信号后输出至数模转换模块，所述采集控制模块将采集到激光器和数模换模块的信号进行解调并将解调处理的数据交给上位机。
[0006]优选地，所述激光器采用了波长为1550nm的窄线宽DFB激光器。
[0007]优选地，所所述波分复用器输出两路信号至光转换模块，所述波分复用器内部还包括两个光滤波器和两个分光器，所述内部两个分光器分光比为80 %: 20 %，两个光滤波器的通过波长分别为1445-1475nm和1645_1680nm。
[0008]优选地，所述光电转换模块采用InGaAs雪崩光电二极管，其波长范围为900-1700nm，带宽在 500MHz 以上。
[0009]优选地，所述数模转换模块的采样率数至少为lOOMsps，分辨率至少为12bit。
[0010]优选地，所述采集控制模块产生的脉冲周期为lOOus，采集控制的传感光纤至少为1km0
[0011]综上所述，本实用新型具有以下有益效果:
[0012](I)本实用新型采用传感光纤蛇形铺设于被监测电缆的监测方式，与传统的包含导电体的线型传感电缆相比，具有无源、本征安全、量化测温，对电磁干扰不敏感、误报率低，使用寿命长，维护成本低等优点。
[0013](2)本实用新型克服传统电缆温度监测方式的缺点，很好地利用了光纤的本征绝缘和分布式的特性，其监测距离长、可靠性高、不受电磁干扰适用于恶劣工业环境现场的分布式影响。
【附图说明】
[0014]为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0015]图1是本实用新型一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统原理结构图
[0016]图2是本实用新型一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统的最佳实施例原理结构图
[0017]图3是本实用新型中传感光纤与电缆布局的铺设结构图。
[0018]附图中，1-激光器，2-光纤放大器，3-波分复用器，4-采集控制模块，5-光转换模块，6-数模转换模块，7-上位机、8-传感光纤，9-电缆。
【具体实施方式】
[0019]下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[0020]结合图1，一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，包括激光器1、光纤放大器2、波分复用器3、数模转换模块6、采集控制模块4、传感光纤8、上位机7和若干路光电转换模块5，所述激光器I输出的激光信号接入光纤放大器2，光纤放大器2输出的脉冲放大信号接入波分复用器3输出至传感光纤8和光电转换模块5，光纤放大器2同时获取传感光纤8的背向散射信号，所述光电转换模块5用于将光信号转换成电信号，并对信号进行调理放大，最后输出给双通道高速数模转换模块6，所述采集控制模块4将采集到激光器I和数模换模块5的信号进行解调并将解调处理的数据交给上位机7。
[0021]在本实用新型实施例中，所述激光器I为脉冲激光器，采用了波长为1550nm的窄线宽DFB激光器，功率为10mW，其输出与光纤放大器2的输入端相连；光纤放大器2选用包含1550nm波长放大波段的20dB的EDFA放大器，光纤放大器2的输出连接到波分复用器3的输入端。
[0022]作为本实用新型的最佳实施例，结合图2，所述波分复用器3输出两路信号至光转换模块6，述波分复用器3内部还包括两个光滤波器和两个分光器，所述内部两个分光器分光比为80%: 20%，两个光滤波器的通过波长分别为1445-1475nm和1645_1680nm ;波分复用器3将光纤放大器2的输入/输出端口接入传感光纤8，并且获取传感光纤8的背向散射信号，传感光纤8的背向散射信号经波分复用器3内部的80%:20%分光器输出成2路背向散射信号，其中分光80%的背向散射信号经通带范围为1445-1475nm的光滤波器后生成反斯托克斯光信号给光电转换模块51，分光20%的背向散射信号经通带范围为1645-1680nm的光滤波器后生成斯托克斯光信号给光电转换模块52 ;按照80%:20%分配是因为信号光反斯托斯克光信号比参考光斯托斯克光信号小接近一个量级，采用此比例分光能尽可能提高系统的信噪比。
[0023]在本实施例中，所述光电转换模块5采用InGaAs雪崩光电二极管(APD)，其波长范围为900-1700nm，带宽在500MHz以上；所述光电转换模块5必须有足够带宽，才使得系统能够达到I米的空间分辨率，所述光电转换模块5的噪声性能必须足够好，否则系统的信噪比将大大降低，影响在同样采集时间内的系统的空间分辨率性能、温度分辨率性能和测量距离。
[0024]作为本实用新型的最佳实施例，结合图2，所述光电转换模块51和光电转换模块52的输出端接入数模转换模块6的两个独立输入端，所述数模转换模块7对光电转换模块51和光电转换模块52输入的模拟信号进行数字化和数字信号处理操作之后将数据交给采集控制模块4，所述数模转换模块6至少具有lOOMsps的采样率，分辨率至少为12bit，否则达不到I米空间分辨率的要求和测温范围、测温精度的要求。
[0025]所述采集控制模块4为激光器I提供周期性的脉冲驱动，并按照时钟节律周期性的采集累加由数模转换模块7数字化后的信号，在本实施例中，采集控制模块4产生的脉冲周期为lOOus，对应能够采集长度至少为1km的传感光纤(8)，所述采集控制模块4将采集到的信号光反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号进行对比解调出传感光纤所在环境的温度值；为了提高动力电缆的温度监测效果，将传感光纤8以“蛇形”或“S型”走线方式敷设在动力电缆9上，如图3所示。
[0026]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:包括激光器(1)、光纤放大器(2)、波分复用器(3)、数模转换模块(6)、采集控制模块(4)、传感光纤(8)、上位机(7)和若干路光电转换模块(5)，所述激光器(I)输出的激光信号接入光纤放大器(2)，光纤放大器(2)输出的脉冲放大信号接入波分复用器(3)输出至传感光纤(8)和光电转换模块(5)，光纤放大器(2)同时获取传感光纤(8)的背向散射信号，所述光电转换模块(5)将光电信号转换成电信号后输出至数模转换模块￠)，所述采集控制模块(4)将采集到激光器(I)和数模换模块(5)的信号进行解调并将解调处理的数据交给上位机(7)。
2.根据权利要求1所述的一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:所述激光器(I)采用了波长为1550nm的窄线宽DFB激光器。
3.根据权利要求1所述的一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:所所述波分复用器(3)输出两路信号至光转换模块￠)，所述波分复用器(3)内部还包括两个光滤波器和两个分光器，所述内部两个分光器分光比为80%: 20%，两个光滤波器的通过波长分别为1445-1475nm和1645_1680nm。
4.根据权利要求1所述的一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:所述光电转换模块(5)采用InGaAs雪崩光电二极管，其波长范围为900-1700nm，带宽在500MHz以上。
5.根据权利要求1所述的一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:所述数模转换模块(6)的采样率数至少为lOOMsps，分辨率至少为12bit。
6.根据权利要求1所述的一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，其特征在于:所述采集控制模块(4)产生的脉冲周期为lOOus，采集控制的传感光纤(8)至少为1km0
【专利摘要】本实用新型涉及分布式光纤传感领域，应用于电缆沟电缆温度监测的分布式光纤测温，具体涉及一种基于Raman分布式光纤传感的电缆温度监测系统，包括激光器、光纤放大器、波分复用器、数模转换模块、采集控制模块、传感光纤、上位机和若干路光电转换模块,所述激光器输出的激光信号接入光纤放大器，光纤放大器输出的脉冲放大信号接入波分复用器输出至传感光纤和光电转换模块，光纤放大器同时获取传感光纤的背向散射信号，所述光电转换模块将光电信号转换成电信号后输出至数模转换模块，所述采集控制模块将采集到激光器和数模换模块的信号进行解调并将解调处理的数据交给上位机，本实用新型具有误报率低、使用寿命长、维护成本低等优点。
【IPC分类】G01K11-32
【公开号】CN204535884
【申请号】CN201520154977
【发明人】雷家宁, 李向阳, 邓军, 彭宏甲, 覃兆宁, 周民, 李文战, 李志强, 陈绍贵, 黄必文
【申请人】广西电网有限责任公司来宾供电局, 北京安通尼电子技术有限公司
【公开日】2015年8月5日
【申请日】2015年3月17日