CN103529318A - 一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统。本测试系统包括温度测试模块和光纤单元损耗监测模块，在光纤复合低压电缆（9）相关的测试点设置热电偶，温度测试模块利用多点热电偶配合数字毫伏表（7）监测热电偶位置的温度信息；光纤单元损耗检测模块利用函数信号发生器（1）、激光源（2）、2×2光纤耦合器（3）以及光功率计（4）对光纤复合低压电缆（9）中的光纤单元（11）传输损耗进行监测，最后在处理显示终端（5）对采集到的温度及损耗数据进行处理显示。本测试系统的有优点是能够快速、准确的监测光纤复合低压电缆在异常工作状态导致瞬时温升时线缆内部各观测点温度变化情况以及光纤单元传输损耗。

Description

一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统

技术领域

本发明属于光纤复合低压电缆领域，具体涉及一种光纤复合低压电缆异常工作状态时瞬时温度与光单元传输损耗的测试系统。

背景技术

光纤复合低压电缆是一种将光纤单元复合在低压电力电缆的内部，具有电力传输和光通信传输能力的电缆，可用于额定电压0.6/1kV及其以下电力系统中，同时解决光纤信息通信的问题。光纤复合低压电缆融合了光纤通信与电力传输的功能，相比单一功能传输缆线而言，其具有高可靠性数据传输、价格低、连接方便等特点，优点有外径小、重量轻、占用空间小。相对于其他类型的特种光缆，光纤复合电力电缆在未来家庭智能化、办公自动化、数字化变电站、工控网络化的数据传输中具有更重要的地位。

我国经过多年的发展，利用光纤复合地线、光纤复合架空相线、全介质自承式光缆等特种光缆已建成世界上最大的、先进可靠的电力专用光纤通信网络，其应用水平处于国际先进。在我国，光纤复合低压电缆尚处于起步阶段，虽然国内已有厂家研制出数种光纤复合低压电缆产品，但是国家还没有出台相关的国家标准，相关的标准还处于草案阶段，对其电气、机械、物理和光学性能要求和测试没有一套成熟稳定的测试方法，特别是当光纤复合低压电缆异常工作状态导致瞬时温升时，没有一种快速、准确的系统对其温度变化和光纤单元传输损耗变化进行测试。

因此，本发明的创新之处在于提供了一种测试系统对光纤复合低压电缆在异常工作状态导致瞬时温升时对其温度和光纤单元传输损耗变化进行测试。

发明内容

技术问题：本发明的目的在于提出一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统，对光纤复合低压电缆在异常工作状态导致瞬时温升时对其温度和光纤单元传输损耗变化进行测试。

技术方案：本发明的一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统，包括温度测试模块和光纤单元损耗监测模块，在光纤复合低压电缆选定的测试点设置第一热电偶、第二热电偶；温度测试模块中，数字毫伏表采集第一热电偶和第二热电偶监测热电偶位置的温度信息，再将该温度信息送给处理显示终端；

光纤单元损耗检测模块中，函数信号发生器、激光源、2×2光纤耦合器以及光功率计串联连接，将2×2光纤耦合器对光纤复合低压电缆中的光纤单元传输损耗进行监测，再将该传输损耗数据送给处理显示终端；最后在处理显示终端对采集到的温度信息及传输损耗数据进行处理显示。

所述的温度测试模块中，第一热电偶、第二热电偶分别贴于光纤复合低压电缆中的电力缆线和光纤单元上，并将第一热电偶、第二热电偶分别与数字毫伏表的信号输入端连接，数字毫伏表的信号输出端连接处理显示终端，通过处理显示终端对采集到的数据进行处理并输出温度信息。

光纤单元损耗检测模块中，通过函数信号发生器对激光源进行调制，将输出光连接到2×2光纤耦合器的第一个端口，2×2光纤耦合器的第四个端口连接到待测光纤复合低压电缆的光纤单元的一端，光纤单元的另一端接回到2×2光纤耦合器的第二端口，2×2光纤耦合器的第三端口连接到光功率计对输出的光信号功率进行检测，光功率计的输出端连接到处理显示终端，由处理显示终端处理数据并显示光功率损耗的变化。其中，定义光从2×2光纤耦合器第四个端口到光纤单元再到第二个端口为一个光路环。

所述的函数信号发生器对激光源进行调制是指函数信号发生器发出脉宽

的方波信号对激光源进行调制，其中：L为光纤单元中光纤的长度，C为真空中的光速，N为调制光通过定义的光路环的环数。

光功率计测得光功率P_N(t)为：

$P_N\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}(P_{N-1}^4\left(t\right)-\mathrm{\αL})\mathrm{K\η},N\≥2\\ (P_i\mathrm{K\η}-\mathrm{\αL})\mathrm{K\η},N=1\end{array}\right.$

其中：P_N(t)是光功率计测到的通过N圈时的光功率，

为第N-1圈时2×2光纤耦合器的第四个端口的输出光功率，P_i是激光源的输出功率，K为2×2光纤耦合器的分光比，η为2×2光纤耦合器的耦合系数，α为所要测试的传输损耗系数，L为光纤单元中光纤的长度，N为调制光通过定义的光路环的环数，K为2×2光纤耦合器的分光比。

有益效果：本发明具有如下特点：

本发明将光纤复合低压电缆中光纤单元传输损耗的测试与电力电缆温度的测试融为一体，可以快速方便的得到光纤复合低压电缆异常工作状态导致瞬时温升时电缆温度的变化以及由于温度变化对光纤单元传输损耗的影响。

创新之处在于：

(1)将光纤复合低压电缆中的温度变化与光纤单元的传输损耗变化快速方便的反映在该测试系统的处理显示终端。

(2)通过使用2×2光纤耦合器，避免了以增大待测光纤单元长度来实现对传输损耗的测量，不仅提高测量灵敏度，而且节省了巨大的材料成本。

(3)温度测试模块中，使用数字万用表配合处理显示终端对热电偶测得的数据进行处理，这里选用数字万用表和处理显示终端而不是无纸记录仪是因为无纸记录仪的采样速度太低，不能在短时间获得大量温度数据。

附图说明

图1是测试系统的结构示意图。

图2是本发明的温度测试模块结构示意图。

图3是本发明的光纤单元损耗监测模块结构示意图。

图中有1函数信号发生器、激光源2、2×2光纤耦合器3，光功率计4、处理显示终端5、第一热电偶6、数字毫伏表7、第二热电偶8、光纤复合低压电缆9、电力缆线10、光纤单元11。

具体实施方式

本发明的光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统包括温度测试模块和光纤单元损耗监测模块两个部分。在测试时，由温度测试模块对光纤复合低压电缆相关的测试点的温度进行测试，该过程通过设置在光纤复合低压电缆上的热电偶配合数字毫伏表来监测光纤复合低压电缆上光纤单元与电力缆线的温度信息；由光纤单元损耗检测模块来实现对光纤复合低压电缆上光纤单元传输损耗的测试，通过函数信号发生器、激光源、2×2光纤耦合器以及光功率计对光纤复合低压电缆中的光纤单元传输损耗进行监测，最后在处理显示终端对采集到的温度及损耗数据进行处理显示。

温度测试模块中，将多个热电偶分别贴于光纤复合低压电缆中的电力缆线、光纤单元上，并将热电偶与数字毫伏表连接，将数字毫伏表连接到处理显示终端，通过处理显示终端对采集到的数据进行处理并输出温度信息。

光纤单元损耗检测模块中，函数信号发生器发出脉宽

的方波信号对激光源进行调制，将输出光连接到2×2光纤耦合器的第一个端口3-1，2×2光纤耦合器的第四个端口3-4连接到待测光纤复合低压电缆的光纤单元的一端，光纤单元的另一端接回到2×2光纤耦合器的第二端口3-2，2×2光纤耦合器的第三端口连接到光功率计对输出的光信号功率进行检测，通过提取N*T时间点的输出光信号功率P_N(t)，可以得到相对应长度光纤的传输损耗值，将光功率计连接到处理显示终端，由处理显示终端处理数据并显示光功率损耗的变化。定义光从2×2光纤耦合器的第四个端口3-4到光纤单元再通过2×2光纤耦合器的第二个端口3-2回到2×2光纤耦合器为一个光路环。

光功率计测得光功率P_N(t)为：

$P_N\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}(P_{N-1}^4\left(t\right)-\mathrm{\αL})\mathrm{K\η},N\≥2\\ (P_i\mathrm{K\η}-\mathrm{\αL})\mathrm{K\η},N=1\end{array}\right.$

其中：P_N(t)是N圈时光功率计测到的光功率，

为第N-1圈时2×2光纤耦合器的第四个端口3-4的输出光功率，P_i是激光源的输出功率，L为光纤单元中光纤的长度，C为真空中的光速，K为2×2光纤耦合器的分光比，η为2×2光纤耦合器的耦合系数，α为所要测试的传输损耗系数，L为光纤单元中光纤的长度，N为调制光通过上述光路环的环数。

下面对本发明的实施例作详细的说明，本实施例是在本发明技术方案为前提下进行实施，本发明的保护范围不限于下述的实施例。

1.如图1所示，本实施例包括：函数信号发生器1、激光源2、2×2光纤耦合器3，光功率计4、处理显示终端5、第一热电偶6、数字毫伏表7、第二热电偶8、光纤复合低压电缆9、电力缆线10、光纤单元11。本系统是由温度测试模块和光纤单元损耗监测模块组成。

2.如图2所示，所述温度测试模块包含二个热电偶贴于光纤复合低压电缆9中的电力缆线10和光纤单元11上，并将热电偶与数字毫伏表7连接，将数字毫伏表7连接到处理显示终端5，通过处理显示终端5对采集到的数据进行处理并输出温度信息。

光纤单元损耗检测模块中，函数信号发生器发出脉宽

的方波信号对激光源进行调制，将输出光连接到2×2光纤耦合器的第一个端口（3-1），2×2光纤耦合器的第四个端口（3-4）连接到待测光纤复合低压电缆的光纤单元的一端，光纤单元的另一端接回到2×2光纤耦合器的第二端口（3-2），2×2光纤耦合器的第三端口连接到光功率计对输出的光信号功率进行检测，通过提取N*T时间点时输出光信号功率0_N(t)，可以得到相对应长度光纤的传输损耗值，将光功率计连接到处理显示终端，由处理显示终端处理数据并显示光功率损耗的变化。

本实施例中：测量对象为100m的光纤复合低压电缆，其中的光纤单元为12芯，在光纤单元的前端12根光纤中取2根光纤作为输入输出光纤，剩下的10根光纤依次熔接，光纤单元的后端12根光纤对照前段的连接次序依次熔接使光纤单元形成一条长1200m的光纤。激光源可以是工作在1.31μm或者是1.55μm的激光器，2×2光纤耦合器为的分光比K为1:1，光功率计采用的是双通道高速光功率计,数字毫伏表采用高性能快速数字万用表，热电偶采用粘合式快速热电偶。

函数信号发生器发出脉宽为T=6μs的方波，光功率计在12μs时监测收到的光功率，此时的光功率为光三次通过光路环后（即N=3）的接收功率。在正常温度以及光纤复合低压电缆发生故障导致温度升高情况下分别按照上述方法对光纤单元损耗以及温度进行测试。

此时，光功率计测得光功率P_N(t)为：

$P_N\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}\mathrm{\β}(P_{N-1}\left(t\right)-\mathrm{\αL}),N\≥2\\ \mathrm{\β}(\mathrm{\β}{P}_i-\mathrm{\αL}),N=1\end{array}\right.$

其中：P_N(t)是N圈时光功率计测到的光功率，P_N-1(t)为第N-1圈时光功率计测到的光功率，P_i是激光源的输出功率，L为光纤单元中光纤的长度，C为真空中的光速，

为2×2光纤耦合器的分光比（即

η为2×2光纤耦合器（3）的耦合系数，α为所要测试的传输损耗系数，L为光纤单元中光纤的长度，N为调制光通过上述光路环的环数。

Claims (5)

1.一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统，其特征在于：该测试系统包括温度测试模块和光纤单元损耗监测模块，在光纤复合低压电缆（9）选定的测试点设置第一热电偶（6）、第二热电偶（8）；温度测试模块中，数字毫伏表（7）采集第一热电偶（6）和第二热电偶（8）监测热电偶位置的温度信息，再将该温度信息送给处理显示终端（5）；

光纤单元损耗检测模块中，函数信号发生器（1）、激光源（2）、2×2光纤耦合器（3）以及光功率计（4）串联连接，将2×2光纤耦合器（3）对光纤复合低压电缆（9）中的光纤单元（11）传输损耗进行监测，再将该传输损耗数据送给处理显示终端（5）；最后在处理显示终端（5）对采集到的温度信息及传输损耗数据进行处理显示。

2.根据权利要求1所述的一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统，其特征在于所述的温度测试模块中，第一热电偶（6）、第二热电偶（8）分别贴于光纤复合低压电缆（9）中的电力缆线（10）和光纤单元（11）上，并将第一热电偶（6）、第二热电偶（8）分别与数字毫伏表（7）的信号输入端连接，数字毫伏表（7）的信号输出端连接处理显示终端（5），通过处理显示终端（5）对采集到的数据进行处理并输出温度信息。

3.根据权利要求1所述的一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统，其特征在于光纤单元损耗检测模块中，通过函数信号发生器（1）对激光源（2）进行调制，将输出光连接到2×2光纤耦合器（3）的第一个端口（3-1），2×2光纤耦合器（3）的第四个端口（3-4）连接到待测光纤复合低压电缆（9）的光纤单元（11）的一端，光纤单元（11）的另一端接回到2×2光纤耦合器（3）的第二端口（3-2），2×2光纤耦合器（3）的第三端口（3-3）连接到光功率计（4）对输出的光信号功率进行检测，光功率计（4）的输出端连接到处理显示终端（5），由处理显示终端（5）处理数据并显示光功率损耗的变化。其中，定义光从2×2光纤耦合器（3）第四个端口（3-4）到光纤单元（11）再到第二个端口（3-2）为一个光路环。

4.根据权利要求3所述的一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统,其特征在于所述的函数信号发生器（1）对激光源（2）进行调制是指函数信号发生器（1）发出脉宽

的方波信号对激光源（2）进行调制，其中：L为光纤单元中光纤的长度，C为真空中的光速，N为调制光通过定义的光路环的环数。

5.根据权利要求3所述的一种光纤复合低压电缆的瞬时温升与传输损耗测试系统,其特征在于:光功率计（4）测得光功率P_N(t)为：

$P_N\left(t\right)=\left\{\begin{array}{c}(P_{N-1}^4\left(t\right)-\mathrm{\αL})\mathrm{K\η},N\≥2\\ (P_i\mathrm{K\η}-\mathrm{\αL})\mathrm{K\η},N=1\end{array}\right.$

其中：P_N(t)是光功率计测到的通过N圈时的光功率，

为第N-1圈时2×2光纤耦合器的第四个端口（3-4）的输出光功率，P_i是激光源的输出功率，K为2×2光纤耦合器（3）的分光比，η为2×2光纤耦合器（3）的耦合系数，α为所要测试的传输损耗系数，L为光纤单元中光纤的长度，N为调制光通过定义的光路环的环数，K为2×2光纤耦合器的分光比。

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