CN106123791A - 一种电缆绝缘层厚度实时监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电缆绝缘层厚度的监测方法及装置，尤其涉及一种电缆绝缘层厚度实时监测方法及装置。本发明中所述实时监测装置包括光纤光栅传感器、光源、光纤解调器和监测警告系统，所述光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，所述光纤光栅传感器分别与光源和光纤解调器相连，所述光纤解调器与监警告系统相连。本发明解决了实时监测电缆绝缘层厚度变化的难题，从而避免因为绝缘层厚度变薄导致绝缘失效的事故，大大提高了类似于电火花震源放电电缆这样的高压高载流电缆的安全性。

Description

一种电缆绝缘层厚度实时监测方法及装置

技术领域

本发明涉及电缆绝缘层厚度的监测方法及装置，尤其涉及一种电缆绝缘层厚度实时监测方法及装置。

背景技术

电火花震源是一种利用高压脉冲放电产生的电弧将水体汽化形成弹性波的震源，用于石油勘探、矿产勘查、工程勘察等各种地震勘察领域。电火花震源放电时，一般需要通过放电电缆，将电容器中的电能传送至放电头。由于电火花震源放电时间特别短，且储能能量非常大，因此对放电电缆的要求非常高，主要体现在绝缘能力和载流能力。例如对于标称储能800KJ的电火花震源，放电时间小于1毫秒，要求放电电缆绝缘超过1万伏，载流能力超过40KA。若在使用时放电电缆被反复拉伸，在多次大电流放电后，则绝缘层会变薄，从而降低绝缘能力，导致漏电事故。但目前还没有实时监测电缆绝缘层厚度的方法，只能是在停止使用时，逐点逐点测量绝缘层厚度，效率低下，严重影响电火花震源的安全使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种电缆绝缘层厚度实时监测方法及装置，解决现有检测方法效率低下，电火花震源的安全性不高，不能实时监测电缆绝缘层厚度变化程度及位置的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种电缆绝缘层厚度实时监测装置，所述实时监测装置包括光纤光栅传感器、光源、光纤解调器和监测警告系统，所述光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，所述光纤光栅传感器分别与光源和光纤解调器相连，所述光纤解调器与监测警告系统相连。

本发明的有益效果是：光源与光纤光栅传感器直接连接，将预定波长的光波信号射入光纤光栅传感器中，同时光纤光栅传感器又与光纤解调器相连，光纤解调器将从光纤光栅传感器输出的光信号转换为电信号，电信号是有顺序的电信号，发送给监测警告系统。当绝缘层受抻拉或挤压导致厚度发生变化时，与电缆绝缘层紧密耦合的光栅光纤传感器发生物理形状变化，导致在其传播的光信号发生变化，进而光纤解调器输出的电信号发生幅值或频率改变，监测警告系统根据接收的电信号判断电缆绝缘层厚度是否发生变化，光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断光纤光栅位置，进而判断电缆绝缘层厚度变化的位置。最终实现实时监测电缆绝缘层厚度变化的程度和位置，监测效率高，监测信息准确全面，保证了电火花震源的安全使用。

进一步的，所述光纤光栅传感器耦合在电缆绝缘层和金属导线之间。

进一步的，所述光纤光栅传感器通过粘贴或嵌入方式与所述电缆绝缘层紧密耦合。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过上述方式光纤光栅传感器能与电缆绝缘层紧密耦合，从而不影响电缆的正常使用同时实现实时监测。

进一步的，所述光纤光栅传感器包括管路及多个光纤光栅，光纤光栅均匀分布在管路上。

采用上述进一步方案的有益效果是：光纤光栅均匀分布在管路上，光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，也就是光纤光栅在对应的电缆绝缘层也是均匀分布的，电缆绝缘层的厚度变化的原始信息来源是通过光纤光栅采集的光信号，也就是电缆绝缘层的厚度变化的位置是光纤光栅的位置。光纤光栅为判断电缆绝缘层厚度变化的位置提供全面的原始检测信息，最终实现对电缆绝缘层厚度变化位置的实时监测。

本发明还提供一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，包括如下步骤：

S1，光源发射预定波长的光波进入与电缆绝缘层紧密耦合的光纤光栅传感器；

S2，光纤解调器实时监测光纤光栅传感器中的光信号，对采集的实时光信号转换为电信号，并发送给监测警告系统；

S3，监测警告系统根据接收的电信号判断所述电缆绝缘层厚度是否发生变化。

本发明的有益效果是：光纤光栅传感器工作时是无源设备，且电绝缘性能良好，抗电磁干扰，耐腐蚀，化学性能稳定，且体积小、重量轻，特别适合电火花放电电缆这种高压高载流的工作情况；当绝缘层受抻拉或挤压导致厚度发生变化时，与电缆绝缘层紧密耦合的光栅光纤传感器发生物理形状变化，导致在其传播的光信号发生变化，光纤解调器实时监测光纤光栅传感器中的光信号，对采集的实时光信号转换为电信号，光纤解调器输出的电信号发生幅值或频率改变，监测警告系统根据接收的电信号判断电缆绝缘层厚度是否发生变化，光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断光纤光栅位置，进而判断电缆绝缘层厚度变化的位置。最终实现实时监测电缆绝缘层厚度变化的程度和位置，监测效率高，监测信息准确全面，保证了电火花震源的安全使用。

进一步的，在步骤S1之前包括:

光纤光栅传感器采集首次使用电缆的光信号,传送给光纤解调器转换为电信号,存入监测警告系统,作为基准信号。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过此步获取基准信号，与监测警告系统接收的实时电信号进行比较，得出差值，监测警告系统以此判断是否要发出警告信号，从而对电缆绝缘层厚度变化进行实时监测。

进一步的，所述步骤S3包括：

S31：监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号，将电信号与基准信号对比，判断差值是否超出预设的判别阈值；

S32：当比较差值超过阈值，发出警告信号，当比较差值未超过阈值，则不发出警告信号。

采用上述进一步方案的有益效果是：此步实现监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号，将电信号与基准信号对比，通过差值判断所述电缆绝缘层厚度是否发生变化，厚度变化是否超出预设的判别阈值，进而判断是否发出警告信号，从而实现对电缆绝缘层厚度变化的实时监测。

进一步的，所述警告信号包括声、光、电警告信号中的至少一种。

采用上述进一步方案的有益效果是：采用多种警告信号示警，实现电缆绝缘层厚度的实时监测。

进一步的，所述步骤S31中的比较差值是幅值差值或是频率差值。

采用上述进一步方案的有益效果是：监测警告系统比较差值的方式是适合监测警告系统，是易于识别的，利于运算，实现快速实时的监测。进一步的，所述光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断电缆绝缘层厚度变化的位置。

采用上述进一步方案的有益效果是：光纤光栅均匀分布在管路上，光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，也就是光纤光栅在对应的电缆绝缘层也是均匀分布的，电缆绝缘层的厚度变化的原始信息来源是通过光纤光栅采集的光信号，也就是电缆绝缘层的厚度变化的位置是光纤光栅的位置。光纤光栅为判断电缆绝缘层厚度变化的位置提供全面的原始检测信息，光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断电缆绝缘层厚度变化的位置最终实现对电缆绝缘层厚度变化位置的实时监测。

附图说明

图1为本发明实施例所述一种电缆绝缘层厚度实时监测装置示意图；

图2为本发明实施例所述一种电缆绝缘层厚度实时监测方法示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、电缆绝缘层，2、光纤光栅传感器，3、光源，4、光纤解调器，5、监测警告系统，6、金属导线，7、电缆护套。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明实施例提供一种电缆绝缘层厚度实时监测装置。

如图1所示，一种电缆绝缘层厚度实时监测装置，所述电缆包括金属导线和包裹金属导线的电缆绝缘层，所述实时监测装置包括光纤光栅传感器、光源、光纤解调器和监测警告系统，所述光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，所述光纤光栅传感器分别与光源和光纤解调器相连，所述光纤解调器与监警告系统相连。

光纤光栅传感器工作时是无源设备，且电绝缘性能良好，如果电缆漏电时能够起到一定的保护作用，且抗电磁干扰，耐腐蚀，化学性能稳定，且体积小、重量轻，特别适合电火花放电电缆这种高压高载流的工作情况。

光源与光纤光栅传感器直接连接，将预定波长的光波信号射入光纤光栅传感器中，同时光纤光栅传感器又与光纤解调器相连，光纤解调器将从光纤光栅传感器输出的光信号转换为电信号，电信号是有顺序的电信号，发送给监测警告系统。当一条全新的电缆制作完成后，首先进行标定，建立电缆绝缘层在未发生改变条件下的基准信号，存储在监测警告系统中。

当电缆绝缘线由于长期的使用、拉伸或变弯导致厚度变薄，与电缆绝缘层紧密耦合的光纤光栅传感器发生物理形状变化，导致在其传播的光信号发生变化，该变化后的光波信号被光纤解调器监测到，进而光纤解调器输出的电信号发生幅值或频率改变，例如幅值变高或变低，频率增加或减少。监测警告系统根据接收的电信号判断电缆绝缘层厚度是否发生变化：监测警告系统将此电信号与基准信号进行对比，并设定一定判别阀值；当改变的幅度超过判别阀值，即可认为光信号发生改变比较大，进而判断出绝缘层厚度改变不能接受，发出报警信号；当改变的幅度未超过判别阀值，即可认为光信号发生改变可以接受，进而判断出绝缘层厚度改变能接受，不发出报警信号。

监测警告系统根据接收的电信号判断电缆绝缘层厚度是否发生改变，从而发出警告信号，最终实现实时监测，监测效率高，保证了电火花震源的安全使用。

电火花震源放电电缆中心是金属导线，所述光纤光栅传感器耦合在电缆绝缘层和金属导线之间，电缆绝缘层在光纤光栅传感器外。

光纤光栅传感器通过粘贴或嵌入方式与所述电缆绝缘层紧密耦合。通过上述方式光纤光栅传感器能与电缆绝缘层紧密耦合，从而不影响电缆的正常使用同时实现实时监测。

所述光纤光栅传感器包括管路及多个光纤光栅，光纤光栅均匀分布在管路上。光纤光栅均匀分布在管路上，光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，也就是光纤光栅在对应的电缆绝缘层也是均匀分布的，电缆绝缘层的厚度变化的原始信息来源是通过光纤光栅采集的光信号，也就是电缆绝缘层的厚度变化的位置是光纤光栅的位置。光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断光纤光栅位置，进而判断电缆绝缘层厚度变化的位置，光纤光栅为判断电缆绝缘层厚度变化的位置提供全面的原始检测信息，最终实现对电缆绝缘层厚度变化位置的实时监测。

所述电缆绝缘层外侧设置电缆保护套。电缆护套保护电缆绝缘层免受外部的伤害，增加电缆的使用寿命。

如图2所示，本发明实施例提供一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，包括如下步骤：

S1，光源发射预定波长的光波进入与电缆绝缘层紧密耦合的光纤光栅传感器；

S2，光纤解调器实时监测光纤光栅传感器中的光信号，对采集的实时光信号转换为电信号，并发送给监测警告系统；

S3，监测警告系统根据接收的电信号判断所述电缆绝缘层厚度是否发生变化。

S3中的电缆绝缘层厚度是否发生变化，变化包括厚度变化的程度，及厚度变化的位置。

光纤光栅传感器工作时是无源设备，且电绝缘性能良好，抗电磁干扰，耐腐蚀，化学性能稳定，且体积小、重量轻，特别适合电火花放电电缆这种高压高载流的工作情况；当电缆绝缘线由于长期的使用、拉伸或变弯导致厚度变薄，与电缆绝缘层紧密耦合的光纤光栅传感器发生物理形状变化，导致在其传播的光信号发生变化，该变化后的光波信号被光纤解调器实时监测到，进而光纤解调器输出的电信号发生幅值或频率改变，例如幅值变高或变低，频率增加或减少。监测警告系统根据接收的电信号判断电缆绝缘层厚度是否发生变化：监测警告系统将此电信号与基准信号进行对比，并设定一定判别阀值；当改变的幅度超过判别阀值，即可认为光信号发生改变比较大，进而判断出绝缘层厚度改变不能接受，发出报警信号；当改变的幅度未超过判别阀值，即可认为光信号发生改变可以接受，进而判断出绝缘层厚度改变能接受，不发出报警信号。

光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断光纤光栅位置，进而判断电缆绝缘层厚度变化的位置。最终实现实时监测电缆绝缘层厚度变化的程度和位置，监测效率高，监测信息准确全面，保证了电火花震源的安全使用。

在步骤S1之前包括:

光纤光栅传感器采集首次使用电缆的光信号,传送给光纤解调器转换为电信号,存入监测警告系统,作为基准信号。

通过此步获取基准信号，与监测警告系统接收的实时电信号进行比较，得出差值，监测警告系统以此判断是否要发出警告信号，从而对电缆绝缘层厚度变化进行实时监测。

本发明另一实施例提供一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，包括如下步骤：

S1，光源发射预定波长的光波进入与电缆绝缘层紧密耦合的光纤光栅传感器；

S2，光纤解调器实时监测光纤光栅传感器中的光信号，对采集的实时光信号转换为电信号，并发送给监测警告系统；

S31：监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号，将电信号与基准信号对比，判断差值是否超出预设的判别阈值；

S32：当比较差值超过阈值，发出警告信号，当比较差值未超过阈值，则不发出警告信号。

例如，基准信号的幅值是8，设定的判别阈值是2，若监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号的幅值是5，则比较差值为3。比较差值超过了阈值，电缆绝缘层厚度的变化不能接受，则发出警告声信号。若监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号的幅值是7，则比较差值为1。比较差值未超过了阈值，电缆绝缘层厚度的变化可以接受，则不发出警告声信号。

此步实现监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号，将电信号与基准信号对比，通过差值判断所述电缆绝缘层厚度是否发生变化，厚度变化是否超出预设的判别阈值，进而判断是否发出警告信号，从而实现对电缆绝缘层厚度变化的实时监测。

所述警告信号包括声、光、电警告信号中的至少一种，采用多种警告信号示警，实现电缆绝缘层厚度的实时监测。

所述步骤S31中的比较差值是幅值差值或是频率差值，监测警告系统比较差值的方式是适合监测警告系统，是易于识别的，利于运算，实现快速实时的监测。

光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断电缆绝缘层厚度变化的位置。

光纤光栅均匀分布在管路上，光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，也就是光纤光栅在对应的电缆绝缘层也是均匀分布的，判断电缆绝缘层的厚度变化的原始信息来源是通过光纤光栅采集的光信号，也就是电缆绝缘层的厚度变化的位置是光纤光栅的位置，光纤光栅为判断电缆绝缘层厚度变化的位置提供全面的原始检测信息。例如光纤光栅总共有5个，均匀分布在管路上，依次为光纤光栅1，光纤光栅2，光纤光栅3，光纤光栅4，光纤光栅5，，光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为电信号1，电信号2，电信号3，电信号4，电信号5，当光纤光栅2上光信号发生变化时，电信号2发生变化，监测警告系统通过有顺序的电信号2，即光信号4的来源光纤光栅位置，就可以判断对应的电缆绝缘层厚度发生变化的位置，最终实现对电缆绝缘层厚度变化位置的实时监测。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电缆绝缘层厚度实时监测装置，其特征在于，所述实时监测装置包括光纤光栅传感器、光源、光纤解调器和监测警告系统，所述光纤光栅传感器与电缆绝缘层紧密耦合，所述光纤光栅传感器分别与光源和光纤解调器相连，所述光纤解调器与监测警告系统相连。

2.根据权利要求1所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器耦合在电缆绝缘层和金属导线之间。

3.根据权利要求2所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器通过粘贴或嵌入方式与所述电缆绝缘层紧密耦合。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测装置，其特征在于，所述光纤光栅传感器包括管路及多个光纤光栅，光纤光栅均匀分布在管路上。

5.一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，光源发射预定波长的光波进入与电缆绝缘层紧密耦合的光纤光栅传感器；

S2，光纤解调器实时监测光纤光栅传感器中的光信号，对采集的实时光信号转换为电信号，并发送给监测警告系统；

S3，监测警告系统根据接收的电信号判断所述电缆绝缘层厚度是否发生变化。

6.根据权利要求5所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，其特征在于，在步骤S1之前包括:

光纤光栅传感器采集首次使用电缆的光信号,传送给光纤解调器转换为电信号,存入监测警告系统,作为基准信号。

7.根据权利要求6所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31：监测警告系统接收从光纤解调器监测到的实时光信号转换后的电信号，将电信号与基准信号对比，判断差值是否超出预设的判别阈值；

S32：当比较差值超过阈值，发出警告信号，当比较差值未超过阈值，则不发出警告信号。

8.根据权利要求7所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，其特征在于，所述警告信号包括声、光、电警告信号中的至少一种。

9.根据权利要求7所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，其特征在于，所述步骤S31中的比较差值是幅值差值或是频率差值。

10.根据权利要求5-9任意一项所述的一种电缆绝缘层厚度实时监测方法，其特征在于，所述光纤解调器将光纤光栅传感器上的每个光纤光栅采集的光信号按顺序转换为有顺序的电信号，监测警告系统通过有顺序的电信号判断电缆绝缘层厚度变化的位置。