预装式变电站外界入侵光纤检测系统
技术领域
本发明涉及电网监测技术领域,尤其涉及一种预装式变电站外界入侵光纤检测系统。
背景技术
随着我国经济的发展和综合国力的增强,电网的规模也在不断扩大,作为电力系统核心的变电站,其安全措施也需要进一步完善,以保护人身、电网和设备安全。然而,变电站通常建设在偏僻区域,安防成本高,不便维护,且面对入侵事件难以及时应对,容易造成人身及财产损失。
现有技术通过在变电站的周围设置护栏作为防护屏障对变电站进行保护。护栏具备一定的安全防护作用,但是数字化程度低,工作人员不能及时获知变电站周界的安全状态,无法对入侵行为进行预警,容易造成人身及财产损失。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的技术问题,本发明提供了一种预装式变电站外界入侵光纤检测系统。具体技术方案如下:
一种预装式变电站外界入侵光纤检测系统,所述系统包括:激光发射模块、第一耦合器、延迟光纤模块、第二耦合器、多路光通道、第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第一法拉第旋转镜、第二法拉第旋转镜、第三法拉第旋转镜、第四法拉第旋转镜、第五法拉第旋转镜、光电探测模块、A/D采集模块、数据处理模块和上位机;
所述第一耦合器分别与所述激光发射模块、所述延迟光纤模块、所述第二耦合器和所述光电探测模块连接,所述光电探测模块与所述A/D采集模块连接,所述A/D采集模块与所述数据处理模块连接,所述数据处理模块与所述上位机连接,所述第二耦合器与所述多路光通道连接,所述多路光通道分别与所述第一光纤、所述第二光纤、所述第三光纤、所述第四光纤和所述第五光纤连接,所述第一光纤的末端与所述第一法拉第旋转镜连接,所述第二光纤的末端与所述第二法拉第旋转镜连接,所述第三光纤的末端与所述第三法拉第旋转镜连接,所述第四光纤的末端与所述第四法拉第旋转镜连接,所述第五光纤的末端与所述第五法拉第旋转镜连接,所述第一光纤和所述第一法拉第旋转镜设置在第一护栏上,所述第二光纤和所述第二法拉第旋转镜设置在第二护栏上,所述第三光纤和所述第三法拉第旋转镜设置在第三护栏上,所述第四光纤和所述第四法拉第旋转镜设置在第四护栏上,所述第五光纤和所述第五法拉第旋转镜设置在伸缩门上;
所述激光发射器,用于向所述第一耦合器输出初始光信号;所述第一耦合器,用于将所述初始光信号分解为第一光分量和第二光分量,所述第一光分量经所述延迟光纤模块发送至所述第二耦合器,所述第二光分量直接发送给所述第二耦合器;所述第二耦合器,用于将所述第一光分量和所述第二光分量耦合后形成检测光信号发送给所述多路光通道;所述多路光通道,用于将所述检测光信号分别发送给所述第一光纤、所述第二光纤、所述第三光纤、所述第四光纤和所述第五光纤,并分别接收所述第一光纤中的第一反射光信号、所述第二光纤中的第二反射光信号、所述第三光纤中的第三反射光信号、所述第四光纤中的第四反射光信号和所述第五光纤中的第五反射光信号,并将反射光信号发送给所述第二耦合器;所述第二耦合器,还用于将所述反射光信号耦合后分解成第一反射光分量和第二反射光分量,所述第一反射光分量经所述延迟光纤模块发送给所述第一耦合器,所述第二反射光分量直接发送给所述第一耦合器;所述第一耦合器,还用于将所述第一反射光分量和所述第二反射光分量耦合后形成的反馈光信号发送给所述光电探测模块;所述光电探测模块,用于将所述反馈光信号转换为电信号;所述A/D采集模块,用于将所述电信号转换为数字信号;所述数据处理模块,用于对所述数字信号进行调解并传输至上位机;所述上位机,用于显示所述第一护栏、第二护栏、第三护栏、第四护栏和所述伸缩门的振动信息并在振动幅度超过预设值时进行报警。
进一步地,所述系统还包括偏振控制器,所述偏振控制器连接在所述激光反射模块和所述第一耦合器之间。
进一步地,所述系统还包括信号控制模块和信息处理模块,所述信息处理模块分别与所述信号控制模块、所述多路光通道和所述上位机连接。
进一步地,所述第一光纤包括平行设置的至少两个光纤,所述至少两个光纤分布在所述第一护栏的不同高度上,所述第一法拉第旋转镜的数量与所述第一光纤的数量相同;和/或,所述第二光纤包括平行设置的至少两个光纤,所述至少两个光纤分布在所述第二护栏的不同高度上,所述第二法拉第旋转镜的数量与所述第二光纤的数量相同;和/或,所述第三光纤包括平行设置的至少两个光纤,所述至少两个光纤分布在所述第三护栏的不同高度上,所述第三法拉第旋转镜的数量与所述第三光纤的数量相同;和/或,所述第四光纤包括平行设置的至少两个光纤,所述至少两个光纤分布在所述第四护栏的不同高度上,所述第四法拉第旋转镜的数量与所述第四光纤的数量相同。
进一步地,所述系统还包括管状电机,所述管状电机与所述第五光纤连接,用于驱动所述第五光纤伸缩。
进一步地,所述系统还包括伸缩保护装置,所述伸缩保护装置设置在所述伸缩门上,所述第五光纤位于所述伸缩保护装置内。
进一步地,所述伸缩保护装置包括自外而内可滑移地逐层套接的第一伸缩保护层、第二伸缩保护层、第三伸缩保护层和第四伸缩保护层。
进一步地,所述伸缩保护装置还包括主固定装置,所述主固定装置的第一端与所述第一伸缩保护层的端面内壁连接,所述第二伸缩保护层、所述第三伸缩保护层和所述第四伸缩保护层的端部可滑移地套设在所述主固定装置上。
进一步地,所述伸缩保护装置还包括第一缓冲件、第二缓冲件、第三缓冲件和第四缓冲件,所述第二伸缩保护层的第一端面设置有第一定滑轮,所述主固定装置的第二端面设置有第二定滑轮,所述第三伸缩保护层的第一端面设置有第三定滑轮,所述第三伸缩保护层的第二端面设置有第四定滑轮,所述第一缓冲件的一端与所述第一伸缩保护层的第二端面连接,另一端绕过所述第一定滑轮与所述第三伸缩保护层的第一端面连接,所述第二缓冲件的一端与所述第一伸缩保护层的第一端面连接,另一端绕过所述第二定滑轮与所述第三伸缩保护层的第一端面连接,所述第三缓冲件的一端与所述第四伸缩保护层的第一端面连接,另一端绕过所述第三定滑轮与所述第四伸缩保护层的第一端面连接,所述第四缓冲件的一端与所述第四缓冲件的第一端面连接,另一端绕过所述第四定滑轮与所述第二伸缩保护层的第一端面连接。
进一步地,所述第一耦合器为3*3耦合器,所述第二耦合器为2*1耦合器。
本发明技术方案的主要优点如下:
本发明的预装式变电站外界入侵光纤检测系统,通过发出光信号并接受反射光信号,通过反射光信号判断光纤的振动情况,进而实时获悉预装式变电站周围的第一护栏、第二护栏、第三护栏、第四护栏和伸缩门的振动情况,可以对入侵行为进行实时预警,避免人身及财产损失。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本发明的一部分,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1为本发明一个实施例提供的预装式变电站外界护栏和伸缩门的结构示意图;
图2为本发明一个实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统的结构示意图;
图3为本发明一个实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统中伸缩保护装置的结构示意图。
附图标记说明:
1-激光发射模块、2-第一耦合器、3-延迟光纤模块、4-第二耦合器、5-多路光通道、6-第一光纤、7-第二光纤、8-第三光纤、9-第四光纤、10-第五光纤、11-第一法拉第旋转镜、12-第二法拉第旋转镜、13-第三法拉第旋转镜、14-第四法拉第旋转镜、15-第五法拉第旋转镜、16-光电探测模块、17-A/D采集模块、18-数据处理模块、19-上位机、20-偏振控制器、21-信号控制模块、22-信息处理模块、23-管状电机、24-伸缩保护装置、241-第一伸缩保护层、242-第二伸缩保护层、243-第三伸缩保护层、244-第四伸缩保护层、245-主固定装置、246-第一缓冲件、247-第二缓冲件、248-第三缓冲件、249-第四缓冲件、24a-第一定滑轮、24b-第二定滑轮、24c-第三定滑轮、24d-第四定滑轮、a-第一护栏、b-第二护栏、c-第三护栏、d-第四护栏、e-伸缩门。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明具体实施例及相应的附图对本发明技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
以下结合附图,详细说明本发明实施例提供的技术方案。
如附图1所示,预装式变电站的周围设置有护栏作为防护,护栏包括分别位于四个方位的第一护栏a、第二护栏b、第三护栏c和第四护栏d,且为了便于工作人员进出,护栏上还伸缩有伸缩门e。
本发明实施例提供了一种预装式变电站外界入侵光纤检测系统,如附图2所示,该系统包括:激光发射模块1、第一耦合器2、延迟光纤模块3、第二耦合器4、多路光通道5、第一光纤6、第二光纤7、第三光纤8、第四光纤9、第五光纤10、第一法拉第旋转镜11、第二法拉第旋转镜12、第三法拉第旋转镜13、第四法拉第旋转镜14、第五法拉第旋转镜15、光电探测模块16、A/D采集模块17、数据处理模块18和上位机19。第一耦合器2分别与激光发射模块1、延迟光纤模块3、第二耦合器4和光电探测模块16连接,光电探测模块16与A/D采集模块17连接,A/D采集模块17与数据处理模块18连接,数据处理模块18与上位机19连接,第二耦合器4与多路光通道5连接,多路光通道5分别与第一光纤6、第二光纤7、第三光纤8、第四光纤9和第五光纤10连接,第一光纤6的末端与第一法拉第旋转镜11连接,第二光纤7的末端与第二法拉第旋转镜12连接,第三光纤8的末端与第三法拉第旋转镜13连接,第四光纤9的末端与第四法拉第旋转镜14连接,第五光纤10的末端与第五法拉第旋转镜15连接,第一光纤6和第一法拉第旋转镜11设置在第一护栏a上,第二光纤7和第二法拉第旋转镜12设置在第二护栏b上,第三光纤8和第三法拉第旋转镜13设置在第三护栏c上,第四光纤9和第四法拉第旋转镜14设置在第四护栏d上,第五光纤10和第五法拉第旋转镜15设置在伸缩门e上。
激光发射器,用于向第一耦合器2输出初始光信号。第一耦合器2,用于将初始光信号分解为第一光分量和第二光分量,第一光分量经延迟光纤模块3发送至第二耦合器4,第二光分量直接发送给第二耦合器4。第二耦合器4,用于将第一光分量和第二光分量耦合后形成检测光信号发送给多路光通道5。多路光通道5,用于将检测光信号分别发送给第一光纤6、第二光纤7、第三光纤8、第四光纤9和第五光纤10,并分别接收第一光纤6中的第一反射光信号、第二光纤7中的第二反射光信号、第三光纤8中的第三反射光信号、第四光纤9中的第四反射光信号和第五光纤10中的第五反射光信号,并将反射光信号发送给第二耦合器4。第二耦合器4,还用于将反射光信号耦合后分解成第一反射光分量和第二反射光分量,第一反射光分量经延迟光纤模块3发送给第一耦合器2,第二反射光分量直接发送给第一耦合器2。第一耦合器2,还用于将第一反射光分量和第二反射光分量耦合后形成的反馈光信号发送给光电探测模块16。光电探测模块16,用于将反馈光信号转换为电信号。A/D采集模块17,用于将电信号转换为数字信号。数据处理模块18,用于对数字信号进行调解并传输至上位机19。上位机19,用于显示第一护栏a、第二护栏b、第三护栏c、第四护栏d和伸缩门e的振动信息并在振动幅度超过预设值时进行报警。
以下对本发明实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统的工作原理进行说明:
应用时,激光发射模块1发出初始光信号,初始光信号经第一耦合器2后分解成第一光分量和第二光分量,第一光分量和第二光分量在第二耦合器4中耦合成检测光信号,检测光信号经多路光通道5分别发送至第一光纤6、第二光纤7、第三光纤8、第四光纤9和第五光纤10内,分别经第一法拉第旋转镜11、第二法拉第旋转镜12、第三法拉第旋转镜13、第四法拉第旋转镜14和第五法拉第旋转镜15反射后,反射光信号经多路光通道5发送至第二耦合器4,第二耦合器4将反射光信号分解成第一反射光分量和第二反射光分量,第一反射光分量和第二反射光分量经第一耦合器2后形成反馈光信号,反馈光信号顺次经光电探测模块16、A/D采集模块17和数据处理模块18发送至上位机19。可以理解的是,光信号在光纤中传递时,根据反馈光信号的振动波形等可以判断光纤振动程度。上位机19通过接受反馈光信号,根据反馈光信号中包含的信息识别判断并显示第一护栏a、第二护栏b、第三护栏c、第四护栏d和伸缩门e的振动信息,且为了便于工作人员快速发现入侵情况,在振动幅度超过预设值时进行报警。
可见,本发明实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统,通过发出光信号并接受反射光信号,通过反射光信号判断光纤的振动情况,进而实时获悉预装式变电站周围的第一护栏a、第二护栏b、第三护栏c、第四护栏d和伸缩门e的振动情况,可以对入侵行为进行实时预警,避免人身及财产损失。
可选地,本发明实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统还包括偏振控制器20,偏振控制器20连接在激光反射模块和第一耦合器2之间。偏振控制器20使激光发射模块1发出的初始光信号发生偏振,便于后续在第一耦合器2中进行分解。
可选地,本发明实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统还包括信号控制模块21和信息处理模块22,信息处理模块22分别与信号控制模块21、多路光通道5和上位机19连接。信号控制模块21用于控制多路光通道5的信息分配,信息处理模块22用于将多路光通道5的通道信息发送给上位机19。如附图2所示,信号控制模块21与信息处理模块22的端口M连接,信息处理模块22的端口N与多路光通道5的端口K连接,信息处理模块22的端口L与上位机19连接。
如附图2所示,第一光纤6包括平行设置的至少两个光纤,至少两个光纤分布在第一护栏a的不同高度上,第一法拉第旋转镜11的数量与第一光纤6的数量相同。和/或,第二光纤7包括平行设置的至少两个光纤,至少两个光纤分布在第二护栏b的不同高度上,第二法拉第旋转镜12的数量与第二光纤7的数量相同。和/或,第三光纤8包括平行设置的至少两个光纤,至少两个光纤分布在第三护栏c的不同高度上,第三法拉第旋转镜13的数量与第三光纤8的数量相同。和/或,第四光纤9包括平行设置的至少两个光纤,至少两个光纤分布在第四护栏d的不同高度上,第四法拉第旋转镜14的数量与第四光纤9的数量相同。如此设置,扩大检测范围,进一步提高安全性。
附图2为第一光纤6包括两个光纤的示意图,分别为第一高位光纤和第一低位光纤,对应的,第一法拉第旋转镜11包括第一高位法拉第旋转镜和第一低位法拉第旋转镜。第二光纤7、第三光纤8和第四光纤9可以与第一光纤6相同和不同,本发明实施例中不再赘述。
本发明实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统中,第五光纤10设置在伸缩门e上,伸缩门e开启和关闭过程中,伸缩门e的长度发生变化。为了使第五光纤10的长度与伸缩门e的长度相适配,该系统还包括管状电机23,管状电机23与第五光纤10连接,用于驱动第五光纤10伸缩。如此设置,避免第五光纤10在伸缩过程中发生过度弯折磨损等。
进一步地,为了避免第五光纤10在伸缩门e伸缩过程中受到损坏,本发明实施例提供的预装式变电站外界入侵光纤检测系统还包括伸缩保护装置24,伸缩保护装置24设置在伸缩门e上,第五光纤10位于伸缩保护装置24内。
对于伸缩保护装置24的结构,以下进行示例说明:
如附图3所示,伸缩保护装置24包括自外而内逐层可滑移套接的第一伸缩保护层241、第二伸缩保护层242、第三伸缩保护层243和第四伸缩保护层244。如此设置,通过各伸缩保护层的滑移连接,使伸缩保护装置24的总长度可变,且伸缩门e缩短至较短长度时,第五光纤10的损坏风险较高,此时伸缩保护装置24的各层伸缩保护层堆叠成四层,使保护效果较佳。
进一步地,如附图3所示,伸缩保护装置24还包括主固定装置245,主固定装置245的第一端与第一伸缩保护层241的端面内壁连接,第二伸缩保护层242、第三伸缩保护层243和第四伸缩保护层244的端部可滑移地套设在主固定装置245上。如此设置,使各层伸缩保护层进行限位,使各层伸缩保护层在径向上保持相对固定。
进一步地,主固定装置245上还可以设置有挡件,对各层伸缩保护层的轴向滑移行程进行限制,避免发生滑脱现象。
可选地,如附图3所示,伸缩保护装置24还包括第一缓冲件246、第二缓冲件247、第三缓冲件248和第四缓冲件249,第二伸缩保护层242的第一端面设置有第一定滑轮24a,主固定装置245的第二端面设置有第二定滑轮24b,第三伸缩保护层243的第一端面设置有第三定滑轮24c,第三伸缩保护层243的第二端面设置有第四定滑轮24d,第一缓冲件246的一端与第一伸缩保护层241的第二端面连接,另一端绕过第一定滑轮24a与第三伸缩保护层243的第一端面连接,第二缓冲件247的一端与第一伸缩保护层241的第一端面连接,另一端绕过第二定滑轮24b与第三伸缩保护层243的第一端面连接,第三缓冲件248的一端与第四伸缩保护层244的第一端面连接,另一端绕过第三定滑轮24c与第四伸缩保护层244的第一端面连接,第四缓冲件249的一端与第四缓冲件249的第一端面连接,另一端绕过第四定滑轮24d与第二伸缩保护层242的第一端面连接。如此设置,使伸缩保护装置24对第五光纤10的保护效果较佳。
可以理解地是,缓冲件可以为弹性材质,既不影响各层伸缩保护层的相对滑移,又能使各部件之间保持紧绷连接。
本发明实施例中,第一耦合器2可以为3*3耦合器,第二耦合器4可以为2*1耦合器。如附图2所示,第一耦合器2包括端口A、端口B、端口C、端口D、端口E和端口F,第二耦合器4包括端口G、端口H和端口I,激光发射模块1发出的初始光信号经第一耦合器2的端口A进入,第一光分量经端口D发出,经延迟光纤模块3进入第二耦合器4的端口G,第二光分量经端口F发出,进入第二耦合器4的端口H内,耦合后的检测光信号经端口I发出进入多路光通道5的端口J内。反射光信号经多路光通道5的J端口发出进入第二耦合器4的端口I内,第一反射光分量从端口G发出进入第一耦合器2的端口D内,第二反射光信号从端口H发出进入第一耦合器2的端口F内,反馈光信号经第一耦合器2的端口B和端口C发出进入光电探测模块16内。
需要说明的是,在本文中,诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。此外,本文中“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”均以附图中表示的放置状态为参照。
最后应说明的是:以上实施例仅用于说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。