一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆、系统及方法与流程

本发明涉及功能电缆技术领域，尤其涉及一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆、系统及方法。

背景技术：

次声波是频率小于20hz(赫兹)的声波，次声波来源广、传播远，在人类活动中，诸如核爆炸、导弹飞行、火炮发射、轮船航行、汽车争驰、高楼和大桥摇晃，甚至像鼓风机、搅拌机、扩音喇叭等在发声的同时都能产生次声波。在自然界中，海上风暴、火山爆发、大陨石落地、海啸、电闪雷鸣、次声波的波形次声波的波形波浪击岸、水中漩涡、空中湍流、龙卷风、磁暴、极光、地震等都可能伴有次声波的发生；上述常见的自然现象，多源自于地壳运动，并多见于山区和海岛，全球每年因之形成的灾害损失巨大，故对于次声波预警显得尤为重要。

目前，对于次声波的检测通常是通过次声波传感器或一些更高级的装置进行，这类设备的结构比较复杂，且只能在特定的次生波传感器区域范围内检测得到次声波信号。然而对于一些没有专门设置次声波检测器的区域则不能及时检测到次声波，从而引发一些危险和伤害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆、系统及方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆，包括内导体、绝缘层、外导体和护套，所述内导体、所述绝缘层、所述外导体和所述护套从内向外依次同轴设置；

所述绝缘层采用特殊结构的机电耦合材料，所述机电耦合材料为可以将机械能和电能的压电薄膜，该材料具有绝缘性好、次声波频段机电耦合能力强的特点，使得本申请中的电缆可以感知次声波信号。

该特殊结构的机电耦合材料采用特定电压(从1kv到50kv)进行极化处理，该机电耦合材料可以不附着电极，也可以单/双面面镀不同金属的电极，包括铝、铜、金等。

绝缘层可以先附着在内导体上然后进行极化；也可以先极化然后附着在内导体上；还可以在外导体形成后进行。

优选地，所述内导体横截面的直径3～30mm.

优选地，所述绝缘层的厚度为0.05mm～1mm。

优选地，所述绝缘层的材料为聚丙烯(pp)、聚四氟乙烯(ptfe)、氟化乙丙烯(fep)、聚乳酸(pla)等。

更优选地，所述绝缘层包括两层，第一层采用绕包宽度5mm，厚度为0.1mm的pp/ptfe复合膜，绕包角45度，搭接重叠率为30％；所述绝缘层的第二层采用与第一层绝缘相反的绕包角度、相同的搭接重叠率。

优选地，所述外导体是一种特殊的屏蔽层和接地电极层，采用编织的金属网、蒸镀的导电膜层、应用喷涂和浸涂方式形成的导电层中的任意一种。

优选地，所述外导体采用单丝直径为0.1mm的镀银铜丝在绝缘外层编制形成外导体，编制密度为90％。

优选地，所述护套采用包括聚乙烯(pe)、聚氯乙烯(pvc)、弹性体和低烟无卤材料中任意一种挤制而成，厚度为0.02～1mm。

优选地，所述采用普通中密度聚乙烯挤制而成厚度为0.25mm的护套。

本发明的另一个目的是提供了一种次声波探测预警系统，包括用于次声波探测预警的同轴结构电缆和次声波信号处理终端，所述同轴结构电缆与所述次声波信号处理终端相连。

当次声波作用于本发明所述的特殊结构的同轴电缆，同轴电缆的机电耦合层将次声波信号转变为相同频率的电信号，电信号的强度与次声波信号的强度正相关。这些带有次声波信息的电信号通过内导体传递到次声波信号处理终端，该终端对传来的电信号进行采集、滤波和放大，之后通过神经网络、机器学习等方法对信号进行深度处理。

优选地，所述次声波信号处理终端包括信号输入电路、低通滤波电路、电荷/电压放大电路、信号输出电路和信号处理系统，所述信号输入电路用于连接同轴结构电缆以将信号接入次声波探测预警系统，所述信号输入电路、所述低通滤波电路、所述电荷/电压放大电路、所述信号输出电路和所述信号处理系统顺次相连，从而将信号传递给信号处理系统。

本发明的最后一个目的在于提供一种次声波检测方法，包括以下步骤：

s1,制作权利要求1-7任一所述的同轴结构电缆，将制作好的电缆与次声波信号处理终端相连；

s2，当有次声波出现时，次声波作用于同轴结构电缆，所述同轴结构电缆能够将次声波转化成电信号，电信号由处理终端做进一步的处理；

s3，所述次声波信号处理终端接收到由次声波激励产生的电信号时，首先通过放大电路将信号放大，获得次声波的频率范围；

s4，将获取得到的次声波的频率范围与系统中所有次声波频率进行对比，筛选出对应的次声波类型，从而监测得到次声波预测结果。

本发明的有益效果是：

本发明提供一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆及系统，采用特殊结构的机电耦合材料作为绝缘层，同时结合其他特定结构的内导体、外导体和外套形成一个可以将次声波力学信号转化为电信号的电缆结构，该电缆结构在平时可作为普通的电缆进行电能输送；次声波探测预警系统将该电缆和次声波信号处理终端相连，一旦有次声波产生，该电缆可以将次声波对电缆产生的作用力转化为电信号，通过一定的信号处理过程后将次声波监测信号传给次声波信号处理终端，从而实现次声波的预测报警。

附图说明

图1是实施例1中提供的用于次声波探测预警的同轴结构电缆结构示意图；

图2是实施例2中提供的用于次声波信号处理终端的结构示意图；

1是内导体，2是绝缘层，3是外导体，4是护套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供了一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆，如图1所示，该电缆的结构包括从内向外同轴设置的内导体、绝缘层、外导体和外套，其中绝缘层采用特殊结构的机电耦合材料，所述机电耦合材料为可以将机械能和电能互换的压电薄膜，压电系数d33高达400～1000pc/n，该材料具有绝缘性好、机电耦合能力强的特点，使得本实施例中的电缆可以感知次声波信号。

该特殊结构的机电耦合材料采用特定电压对薄膜(从1kv到50kv)进行极化处理，薄膜可以不附着电极，也可以单/双面面镀不同金属的电极，包括铝、铜、金等。此处的薄膜可以是由一种或几种聚丙烯基材薄膜(pp)，聚四氟乙烯薄膜(ptfe)，聚偏氟乙烯薄膜(pvdf)，四氟乙烯-六氟丙烯共聚物薄膜(fep)，聚酰亚胺薄膜(pi)复合膜组成。

极化过程可以在绝缘层附着在内导体之前进行，也可以在绝缘层附着在内导体之后进行，还可以在外导体形成后进行。

内导体可以是单根的导电线，也可以由多根导线绞合而成，本实施例中采用的内导体的横截面直径为0.3mm～30mm，最优选为20mm。

通常来说，对于内导体的绞合节距具体由不同的线径所决定，本实施例中的所述内导体的绞合节距为3mm～30mm，最优选为20mm。

对于绝缘层的厚度也是根据实际需要进行设定，但是本实施例中的所述绝缘层的厚度可以设置为0.05mm～1mm之间，具体的，本实施例中的所述绝缘层的第一层采用绕包宽度8mm，厚度为0.1mm的pp/ptfe复合膜，绕包角45度，搭接重叠率为30％；所述绝缘层的第二层采用与第一层绝缘相反的绕包角度、相同的搭接重叠率。

本实施例中，所述外导体是一种特殊的屏蔽层和接地电极层，可以采用编织的金属网、蒸镀的导电膜层、应用喷涂和浸涂方式形成的导电层中的任意一种，编织的金属网采用包括金、铝、铜、银、锡等金属，蒸镀的导电膜层采用铝、铜、银、锡和氧化铟锡(ito)等。

具体的，本实施例中的所述外导体采用直径为0.1mm的单丝镀银铜丝在绝缘外层编制形成外导体，编制密度为90％。

本实施例中采用的所述护套采用包括聚乙烯、聚氯乙烯、弹性体和低烟无卤材料中任意一种挤制而成，厚度为0.2～0.3mm，其中聚乙烯包括低密度聚乙烯(ldpe)，线性低密度聚乙烯(lldpe),中密度聚乙烯(mdpe)，以及高密度聚乙烯(hdpe)。

具体的，本实施例中采用普通中密度聚乙烯挤制而成厚度为0.25mm的护套。

实施例2

本实施例提供了一种次声波探测预警系统，包括用于次声波探测预警的同轴结构电缆和次声波信号处理终端，所述同轴结构电缆与所述次声波信号处理终端相连，次生波信号处理终端的原理结构图如图2所示，包括信号输入电路、低通滤波电路、电荷/电压放大电路、信号输出电路和信号处理系统，所述信号输入电路用于连接同轴结构电缆以将信号接入次声波探测预警系统，所述信号输入电路、所述低通滤波电路、所述电荷/电压放大电路、所述信号输出电路和所述信号处理系统顺次相连，从而将信号传递给信号处理系统。

实施例3

本实施例提供一种次声波预测方法，包括以下步骤：

s1,制作实施例1中所述的同轴结构电缆，将制作好的同轴结构电缆与次声波信号处理终端相连；

s2，当有次声波出现时，次声波作用于同轴结构电缆，所述同轴结构电缆能够将次声波转化成电信号，电信号由处理终端做进一步的处理；

s3，所述次声波信号处理终端接收到由次声波激励产生的电信号时，首先通过放大电路将信号放大，获得次声波的频率范围；

s4，将获取得到的次声波的频率范围与系统中所有次声波频率进行对比，筛选出对应的次声波类型，从而监测得到次声波预测结果。

本实施例中提供的次声波探测电缆进行次声波检测原理是：

当电缆周围环境中没有次声波存在时，该电缆的作用与普通的电力传输电缆或电线相同；当周围环境中有次声波出现时，次声波对电缆产生作用力，电缆的机电耦合层(绝缘层)将这一力学信号转变成电信号，在内导体(芯电极)和外导体(接地电极或屏蔽电极)间产生电信号扰动，扰动的频率与次声波的频率相同。通过滤波和信号处理，可以发送次声波监测信号至次声波信号处理终端，从而实现次声波的实时监测。

通过采用本发明公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本发明提供一种用于次声波探测预警的同轴结构电缆、系统及方法，采用特殊结构的机电耦合材料作为绝缘层，同时结合其他特定结构的内导体、外导体和外套形成一个可以将次声波力学信号转化为电信号的电缆结构，该电缆结构在平时可作为普通的电缆进行电量输送功能；次声波探测预警系统将该电缆和次声波信号处理终端相连，一旦有次声波产生，该电缆可以将次声波对电缆产生的作用力转化为电信号，通过一定的信号处理过程后将次声波监测信号传给次声波信号处理终端，从而实现次声波的预测报警。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。