CN107678109B - 光纤管理箱及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种光纤管理箱及方法，包括控制器、报警器和壳体，壳体呈矩形，壳体的一块壳板上设有显示屏、温度传感器和换气扇，壳体的另外5块壳板均包括内壳板和外壳板，每块内壳板和外壳板上均设有设于呈波浪形延伸的光纤，相对应的内壳板和外壳板上的光纤的走向相互垂直，还包括与每条光纤的光输入端电连接的10个发光耦合器和分别与各条光纤的光输出端电连接的10个光敏传感器；控制器分别与温度传感器、报警器、换气扇、各个发光耦合器和各个光敏传感器电连接。本发明具有能够及时检测出壳体的变形及破损，并及时发出报警信息的特点。

Description

光纤管理箱及方法
技术领域
本发明光纤管理设备技术领域，尤其是涉及一种安全性好的光纤管理箱及方法。
背景技术
随着智能变电站技术的普及，光纤在变电站中得到普遍运用。与传统电缆相比，光纤传输具有损耗低、重量轻、抗干扰能力强、敷设方便等优点，给变电站建设带来了又一次技术革命。但从实际运行情况来看，光纤的大量运用给常规检修带来了一些新的挑战。由于智能变电站中保护装置背板光纤众多，检修过程中若要插拔光纤，对于检修人员来说需要面临记录的二次安措过多，光纤容易混乱等问题，一旦光纤标签有问题的话，更会对检修工作带来许多麻烦。并且光纤管理箱如果破损，将会对光纤管理箱内部的硬件设备造成伤害。
发明内容
本发明的发明目的是为了克服现有技术中的变电站广泛使用光纤管理箱存在安全隐患的不足，提供了一种安全性好的光纤管理箱及方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种光纤管理箱，包括控制器、报警器和壳体；壳体呈矩形，壳体的1块壳板上设有显示屏、温度传感器和换气扇，壳体的另外5块壳板均包括内壳板和外壳板，每块内壳板和外壳板上均设有设于呈波浪形延伸的光纤，相对应的内壳板和外壳板上的光纤的走向相互垂直，还包括与每条光纤的光输入端电连接的10个发光耦合器和分别与各条光纤的光输出端电连接的10个光敏传感器；控制器分别与温度传感器、报警器、换气扇、各个发光耦合器和各个光敏传感器电连接。
本发明的光纤管理装置将保护测控装置的背板光纤接口面板虚拟可视化，亦即当拔下接在运行保护测控装置上的光纤，插入管理装置后，显示界面中会出现每根光纤的通道信息，并且可以通过编辑该虚拟面板上的编号，经过重新排序后，使虚拟面板中的光纤排序和保护测控装置背板光口一一对应，从而使检修人员直观快速地执行和恢复光纤操作。光纤接口虚拟面板可根据不同厂家设备进行选择，使虚拟面板与实际面板布局图对应一致。光纤的插拔会根据其操作先后顺序，被软件主界面中光纤操作记录卡实时自动记录，并带有告警显示。
可以在线显示接口光纤所对应的间隔名称，并可实时编辑光纤所接装置背板的光口编号；可防止误插拔，安措执行错误告警提示；可视化界面内置软件具有执行和恢复光纤操作记录的功能，并带有告警显示；可提供多种厂家保护测控装置的背板光口虚拟图，通过下拉菜单选择；选择背板光口虚拟图后，显示该光口所在插件的功能示意图。
本发明的光纤设于壳体内，若光纤变形或断裂，则光纤的壳体也会变形或破损，壳体内的硬件会受到一定的损伤，因此用检测光纤变形或破损的方法可以有效检测出壳体会是否受到损伤，从而使人们及时壳体出现变形或破损并及时进行人工干预，有效避免短路、自燃等安全事故的发生。
因此，本发明具有能够及时检测出壳体变形及破损，并及时发出报警信息，使人们能够及时排除安全隐患。
作为优选，壳体内设有依次电连接的光模块、高速FPGA模块和嵌入式CPU，壳体上设有与光模块电连接的ST型光纤接口和LC型光纤接口，还包括键盘，嵌入式CPU分别与控制器、显示屏和键盘电连接。
键盘和显示屏为人机交互界面的输入和输出，光纤接口用于光纤通道的信号收发，ST型光纤接口，LC型光纤接口是为了兼顾不同厂家的光纤类型。ST型光纤接口和LC型光纤接口传输的光信号，主要是来自智能终端的GOOSE报文和合并单元的SV报文。光模块或SFP光以太网模块用于将光信号转换成电信号数据。高速FPGA模块主要实现SV、GOOSE报文采集、处理及分析功能。嵌入式CPU主要实现上位机运行、存储管理等功能。
作为优选，还包括震动传感器，震动传感器与控制器电连接。
作为优选，所述光纤采用石英材料制成，光纤的直径范围为0.5毫米至0.9毫米。
作为优选，还包括2个USB接口、SD卡槽和扩展RAM存储器，2个USB接口均与嵌入式CPU电连接，SD卡槽和扩展RAM存储器均与嵌入式CPU电连接；所述光模块替换为SFP光以太网模块。SD卡槽支持全站配置文件的导入，获取GOOSE控制块配置信息和录波数据的导出。一路USB接口用于鼠标连接，另一路则用于导入U盘内的变电站SCD配置文件。
一种光纤管理箱的方法，包括如下步骤：
(6-1)控制器控制各个发光耦合器发出光线，光线被耦合到各条光纤中；
(6-2)若所有光敏传感器均检测到光纤的光输出端有光线输出并且至少1个光敏传感器收到的光线强度小于发光耦合器发出的光线强度的5/8时，则控制器控制报警器发出时长为L的报警信息；
(6-3)若1个光敏传感器没有检测到光纤的光输出端有光线输出，则控制器控制报警器发出时长为M的报警信息；其中，L＜M；
(6-4)若2个或2个以上的光敏传感器没有检测到光纤的光输出端有光线输出，则控制器控制报警器发出报警信息；
(6-5)若至少有一个光敏传感器检测到光纤的光输出端有光线输出并且发光耦合器发出光线经过时间间隔T1后，则转入步骤(6-1)。
作为优选，还包括如下步骤：温度传感器检测壳体内的温度，控制器中设有温度阈值，当检测的温度值高于温度阈值时，控制器控制换气扇工作时间T2。
作为优选，震动传感器与控制器电连接；其特征是，还包括如下步骤：
震动传感器检测震动信号，控制器中设有震动阈值，当检测的震动值高于震动阈值时，控制器控制控制器报警，工作人员进行人工干预。
作为优选，还包括光敏传感器的故障检测过程：
(9-1)控制器中设有j的初始值为1，i的初始值为1，设有故障阈值E；
(9-2)控制器计算光敏传感器的电流信号u(t)的局部极大值并通过三次样条插值获得上包络线uup(t)；
(9-3)计算信号u(t)的局部极小值并通过三次样条插值获得下包络线ulow(t)；
(9-4)定义平均包络m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；
(9-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)计算差值hj(t)；
(9-6)若hj(t)不满足IMF筛分停止条件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步骤(9-2)对hj(t)继续进行分解；当hj(t)满足IMF筛分停止条件，则得到u(t)信号的第1个IMF分量c1(t)＝hj(t)；
(9-7)利用公式ri(t)＝u(t)-Ci(t)计算剩余分量ri(t)；
(9-8)当ri(t)不满足分解停止条件时，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步骤(9-2)对ri(t)继续分解；当满足筛分停止条件时，设n1＝i，得到n1个IMF分量Ci(t)和1个剩余分量rn(t)，u(t)则可以表示为抽取ci(t)的N个抽样值ci(k)，k＝1，2，...，N；
(9-9)控制器利用公式计算u(t)的各个分量能量，比较u(t)的各分量能量Emax，选取E1，E2，...，En中最大值Emax，当Emax＞E时，控制器做出光敏传感器故障的判断，报警器报警，光敏传感器停止工作；
当Emax≤E时，转入步骤(9-1)；
其中，(9-6)、(9-8)的筛分停止条件采用仿柯西收敛准则，当SD＜ε时筛分停止，ε通常介于0.2与0.3之间，T为设定的常数；分解停止条件为剩余信号ri(t)变为单调函数。
作为优选，还包括如下步骤：
拔下接在运行保护测控装置上的光纤，插入本发明的ST型光纤接口或LC型光纤接口后，液晶显示器的显示界面中会出现每根光纤的通道信息，通过编辑液晶显示器上的编号重新排序，使光纤排序和保护测控装置背板光口一一对应，使检修人员直观快速地执行和恢复光纤操作；
还包括与嵌入式CPU电连接的温度传感器，温度传感器检测环境温度，当环境温度高于预设在嵌入式CPU中的温度阈值时，嵌入式CPU控制报警电路报警，工作人员通过开空调等方式为环境降温。
因此，本发明具有如下有益效果：能够及时检测出壳体的变形及破损，并及时发出报警信息；显示直观、操作方便，可进行错误报警和过热报警，安全性好。
附图说明
图1是本发明的一种原理框图。
图中：控制器1、报警器2、显示屏3、发光耦合器4、光敏传感器5、光模块6、高速FPGA模块7、嵌入式CPU 8、ST型光纤接口9、LC型光纤接口10、震动传感器11、USB接口12、SD卡槽13、扩展RAM存储器14、温度传感器15、换气扇16。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
实施例1
如图1所示的实施例是一种光纤管理箱，包括控制器1、报警器2和壳体，壳体呈矩形，壳体的一块壳板上设有显示屏3、温度传感器15和换气扇16，壳体的另外5块壳板均包括内壳板和外壳板，每块内壳板和外壳板上均设有设于呈波浪形延伸的光纤，相对应的内壳板和外壳板上的光纤的走向相互垂直，还包括与每条光纤的光输入端电连接的10个发光耦合器4和分别与各条光纤的光输出端电连接的10个光敏传感器5；控制器分别与温度传感器、报警器、换气扇、各个发光耦合器和各个光敏传感器电连接。
壳体内设有依次电连接的光模块6、高速FPGA模块7和嵌入式CPU 8，壳体上设有与光模块电连接的ST型光纤接口9和LC型光纤接口10，还包括键盘，嵌入式CPU分别与控制器、显示屏和键盘电连接。
还包括震动传感器11，震动传感器与控制器电连接。光纤的直径为0.5毫米。还包括2个USB接口12、SD卡槽13和扩展RAM存储器14，2个USB接口均与嵌入式CPU电连接，SD卡槽和扩展RAM存储器均与嵌入式CPU电连接。
一种光纤管理箱的方法，包括如下步骤：
(6-1)控制器控制各个发光耦合器发出光线，光线被耦合到各条光纤中；各条光纤中的光强度均为1000坎德拉；
(6-2)若所有光敏传感器均检测到光纤的光输出端有光线输出并且1个光敏传感器收到的光线强度小于发光耦合器发出的光线强度的625坎德拉时，则控制器控制报警器发出时长为2分钟的报警信息；
(6-3)若1个光敏传感器没有检测到光纤的光输出端有光线输出，则控制器控制报警器发出时长为4分钟的报警信息；
(6-4)若2个或2个以上的光敏传感器没有检测到光纤的光输出端有光线输出，则控制器控制报警器发出报警信息；
(6-5)若至少有一个光敏传感器检测到光纤的光输出端有光线输出并且发光耦合器发出光线经过时间间隔6分钟后，则转入步骤(6-1)。
还包括如下步骤：温度传感器检测壳体内的温度，控制器中设有温度阈值，当检测的温度值高于温度阈值时，控制器控制换气扇工作时间10分钟。
实施例2
实施例2包括实施例1的所有结构和方法部分，实施例2还包括震动传感器，震动传感器与控制器电连接；还包括如下步骤：
震动传感器检测震动信号，控制器中设有震动阈值，当检测的震动值高于震动阈值时，控制器控制控制器报警，工作人员进行人工干预。
还包括光敏传感器的故障检测过程：
(9-1)控制器中设有j的初始值为1，i的初始值为1，设有故障阈值E；
(9-2)控制器计算光敏传感器的电流信号u(t)的局部极大值并通过三次样条插值获得上包络线uup(t)；
(9-3)计算信号u(t)的局部极小值并通过三次样条插值获得下包络线ulow(t)；
(9-4)定义平均包络m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；
(9-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)计算差值hj(t)；
(9-6)若hj(t)不满足IMF筛分停止条件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步骤(9-2)对hj(t)继续进行分解；当hj(t)满足IMF筛分停止条件，则得到u(t)信号的第1个IMF分量C1(t)＝hi(t)；
(9-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)计算剩余分量ri(t)；
(9-8)当ri(t)不满足分解停止条件时，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步骤(9-2)对ri(t)继续分解；当满足筛分停止条件时，设n1＝i，得到n1个IMF分量ci(t)和1个剩余分量rn(t)，u(t)则可以表示为抽取ci(t)的N个抽样值ci(k)，k＝1，2，...，N；
(9-9)控制器利用公式计算u(t)的各个分量能量，比较u(t)的各分量能量Emax，选取E1，E2，...，En中最大值Emax，当Emax＞E时，控制器做出光敏传感器故障的判断，报警器报警，光敏传感器停止工作；
当Emax≤E时，转入步骤(9-1)；
其中，(9-6)、(9-8)的筛分停止条件采用仿柯西收敛准则，当SD＜ε时筛分停止，ε通常介于0.2与0.3之间，T为设定的常数；分解停止条件为剩余信号ri(t)变为单调函数。
应理解，本实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种光纤管理箱的方法，光纤管理箱包括控制器(1)、报警器(2)和壳体；壳体呈矩形，壳体的1块壳板上设有显示屏(3)、温度传感器(15)和换气扇(16)，壳体的另外5块壳板均包括内壳板和外壳板，每块内壳板和外壳板上均设有设于呈波浪形延伸的光纤，相对应的内壳板和外壳板上的光纤的走向相互垂直，还包括与每条光纤的光输入端电连接的10个发光耦合器(4)和分别与各条光纤的光输出端电连接的10个光敏传感器(5)；控制器分别与温度传感器、报警器、换气扇、各个发光耦合器和各个光敏传感器电连接；其特征是，包括如下步骤：
(1-1)控制器控制各个发光耦合器发出光线，光线被耦合到各条光纤中；
(1-2)若所有光敏传感器均检测到光纤的光输出端有光线输出并且至少1个光敏传感器收到的光线强度小于发光耦合器发出的光线强度的5/8时，则控制器控制报警器发出时长为L的报警信息；
(1-3)若1个光敏传感器没有检测到光纤的光输出端有光线输出，则控制器控制报警器发出时长为M的报警信息；其中，L＜M；
(1-4)若至少有一个光敏传感器检测到光纤的光输出端有光线输出并且发光耦合器发出光线经过时间间隔T1后，则转入步骤(1-1)。
2.根据权利要求1所述的光纤管理箱的方法，其特征是，壳体内设有依次电连接的光模块(6)、高速FPGA模块(7)和嵌入式CPU(8)，壳体上设有与光模块电连接的ST型光纤接口(9)和LC型光纤接口(10)，还包括键盘，嵌入式CPU分别与控制器、显示屏和键盘电连接。
3.根据权利要求1所述的光纤管理箱的方法，其特征是，还包括震动传感器(11)，震动传感器与控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的光纤管理箱的方法，其特征是，所述光纤采用石英材料制成，光纤的直径范围为0.5毫米至0.9毫米。
5.根据权利要求2所述的光纤管理箱的方法，其特征是，还包括2个USB接口(12)、SD卡槽(13)和扩展RAM存储器(14)，2个USB接口均与嵌入式CPU电连接，SD卡槽和扩展RAM存储器均与嵌入式CPU电连接。
6.根据权利要求1所述的光纤管理箱的方法，其特征是，还包括如下步骤：温度传感器检测壳体内的温度，控制器中设有温度阈值，当检测的温度值高于温度阈值时，控制器控制换气扇工作时间T2。
7.根据权利要求1所述的光纤管理箱的方法，还包括震动传感器，震动传感器与控制器电连接；其特征是，还包括如下步骤：
震动传感器检测震动信号，控制器中设有震动阈值，当检测的震动值高于震动阈值时，控制器控制控制器报警，工作人员进行人工干预。
8.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7所述的光纤管理箱的方法，其特征是，还包括光敏传感器的故障检测过程：
(8-1)控制器中设有j的初始值为1，i的初始值为1，设有故障阈值E；
(8-2)控制器计算光敏传感器的电流信号u(t)的局部极大值并通过三次样条插值获得上包络线uup(t)；
(8-3)计算信号u(t)的局部极小值并通过三次样条插值获得下包络线ulow(t)；
(8-4)定义平均包络m1(t)＝[uup(t)+ulow(t)]/2；
(8-5)利用公式hj(t)＝u(t)-mj(t)计算差值hj(t)；
(8-6)若hj(t)不满足IMF筛分停止条件，使u(t)＝hj(t)，j值增加1，返回步骤(8-2)对hj(t)继续进行分解；当hj(t)满足IMF筛分停止条件，则得到u(t)信号的第1个IMF分量c1(t)＝hj(t)；
(8-7)利用公式ri(t)＝u(t)-ci(t)计算剩余分量ri(t)；
(8-8)当ri(t)不满足分解停止条件时，使u(t)＝ri(t)，使i值增加1，返回步骤(8-2)对ri(t)继续分解；当满足筛分停止条件时，设n1＝i，得到n1个IMF分量ci(t)和1个剩余分量rn(t)，u(t)则可以表示为抽取ci(t)的N个抽样值ci(k)，k＝1，2，...，N；
(8-9)控制器利用公式计算u(t)的各个分量能量，比较u(t)的各分量能量Emax，选取E1，E2，...，En中最大值Emax，当Emax＞E时，控制器做出光敏传感器故障的判断，报警器报警，光敏传感器停止工作；
当Emax≤E时，转入步骤(8-1)；
其中，(8-6)、(8-8)的筛分停止条件采用仿柯西收敛准则，当SD＜ε时筛分停止，ε通常介于0.2与0.3之间，T为设定的常数；分解停止条件为剩余信号ri(t)变为单调函数。
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