CN111289222A - 一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，连接传感光纤，包括：激光器，由驱动电路驱动，发射初始激光；脉冲调制器，调制初始激光；EDFA，连接脉冲调制器，放大经过调制的初始激光；WDM，连接EDFA并将调制后的初始激光耦合至传感光纤；采集单元，连接WDM及传感光纤，采集光电信息并通过相位敏感光时域反射技术分析。当传感光纤受到振动时，利用注入光纤中的强相干光所返回来的背向瑞利散射光，经波分复用模块和采集电源采集带有振动信息的背向瑞利散射光信号，经信号处理解调出实时的振动信息，通过振动源的实际地理位置信息来判断光纤断点的实际地理位置，从而对光纤断点进行定位。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置。
背景技术
电缆是电力、钢铁、石化、交通运输等各工业生产和民用行业重要的能源传输设备，其安全运行是各行业非常重视的问题，如何预防电缆被破坏更是重中之重。光纤振动传感器是测振动技术中的新技术，也是工业中应用最多的传感器之一。分布式光纤振动传感器的出现，使获得单位信息量的成本大大降低，这对以电信号为基础的振动传感器无疑是一场革命。分布式光纤振动传感技术，就是利用光纤测量沿光纤走向几十公里连续空间的振动分布情况，为强电磁场、高压大电流、易燃易爆、复杂几何空间等恶劣环境的振动测量与控制，提供了可行的新手段。因此，分布式光纤温度传感器以其自身的特点受到了广泛的重视，研究分布式光纤振动传感系统具有重要的理论意义与应用价值。
分布式光纤振动传感技术(Distributed Vibration Sensing，以下简称DVS)是目前国际上先进的测振动技术。DVS分布式光纤振动传感完全不同于传统的以电信号为基础的振动传感系统，无论是从测量技术的难度、测量振动的内容及指标，还是从测量的场合和范围都提高到了一个新的阶段。分布式光纤振动传感器系统，能在整个连续的光纤上，以距离的连续函数形式，测量和显示出光纤上各点的振动值。这种技术只需一根光纤就可以测量10km至30km距离的振动信号。国内外工程应用经验表明，对于电力系统的振动监测，光缆故障断点定位，分布式光纤振动传感系统是一种十分有效的监测设备。
如公开号 CN206496768U的实用新型公开了一种基于线性调频脉冲的相位敏感光时域反射计，包括激光器、单边带调制器SSBM、声光调制器AOM、掺铒光纤放大器EDFAI、掺铒光纤放大器EDFAII、任意波形发生器AWG、光纤环形器、光纤布拉格光栅滤波器FBG、光电探测器、数据采集模块和待测光纤。
为了解决现行光纤断点定位的问题，迫切需要有一套可靠的、高性能的自动化系统来对电力设备的振动进行有效的实时监测及报警。通过振动源的实际地理位置，来准确定位光纤断点的实际地理位置。以便及时采取预防措施，避免通讯故障，停电事故发生。
发明内容
针对现有技术在光纤断点定位方面效果不佳的问题，本发明提供了一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，利用相位敏感光时域反射技术以及瑞利散射现象，通过振动源的实际地理位置信息来判断光纤断点的实际地理位置，从而对光纤断点进行定位。
以下是本发明的技术方案。
一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，连接传感光纤，包括：激光器，由驱动电路驱动，发射初始激光；脉冲调制器，调制初始激光；EDFA，连接脉冲调制器，放大经过调制的初始激光；WDM，连接EDFA并将调制后的初始激光耦合至传感光纤；采集单元，连接WDM及传感光纤，采集光电信息并通过相位敏感光时域反射技术分析。其中EDFA为光放大器，WDM为波分复用模块。本发明利用激光在传感光纤中传输时发生瑞利散射，当传感光纤受到振动时，利用注入光纤中的强相干光所返回来的背向瑞利散射光，经波分复用模块和采集电源采集带有振动信息的背向瑞利散射光信号，经信号处理解调出实时的振动信息，通过振动源的实际地理位置信息来判断光纤断点的实际地理位置，从而对光纤断点进行定位。
作为优选，所述采集单元包括：光电探测器，连接WDM，采集传感光纤中产生的背向瑞利散射信号；处理模块，将背向瑞利散射信号处理转化成数字信号，利用相位敏感光时域反射技术处理得出振动传感光纤沿线的振动分布。
作为优选，所述驱动电路与采集单元之间通过同步触发信号协调工作，同步触发信号由激光器产生。利用同步触发信号作为参考，使得整体运作更协调。
作为优选，所述传感光纤为单模传感光纤，长度小于等于70km。传感光纤如果长度过长，则无法有效监测对应的信号。
作为优选，所述激光器为窄线宽激光器。
作为优选，所述窄线宽激光器发出的光源的相干长度大于100km，且所述窄线宽激光器发出的光源的相干长度大于传感光纤的长度。
作为优选，所述处理模块以软件的形式运作，处理模块的载体为计算机。
本发明的实质性效果包括：分布式监测：可获得光纤沿线任一点的振动信息，可实现多点多事件同时监测，且互不影响；安全可靠，抗辐射、抗电磁干扰性能强、抗腐蚀、耐高温；灵敏度高，精度高：系统参数根据环境配置，可直接使用标准通信光缆，监测区域根据现场划分；测试距离长单模测振动长度长；精确度高，传感器振动源定位精度可达到5m；长期稳定，使用寿命长，寿命可达25年以上；可通过RS485/232或以太网接口联网电缆报警系统实时报警；不局限于对光纤断点进行定位，还可以基于光纤的特性拓展出基于光缆的电缆防外力破坏振动监测功能以及基于光缆的电缆温度、张力和覆冰情况的监测等功能。
附图说明
图1是本发明实施例的示意图；
图中包括：1-驱动电路、2-窄线宽激光器、3-脉冲调制器、4-EDFA、5-WDM、6-传感光纤、7-光电探测器、8-处理模块。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本申请的技术方案进行描述。另外，为了更好的说明本发明，在下文中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未做详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例：
一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，连接传感光纤6，包括：窄线宽激光器2，由驱动电路1驱动，发射初始激光；脉冲调制器3，调制初始激光；EDFA4，连接脉冲调制器3，放大经过调制的初始激光；WDM5，连接EDFA4并将调制后的初始激光耦合至传感光纤6；采集单元，连接WDM5及传感光纤6，采集光电信息并通过相位敏感光时域反射技术分析。其中EDFA4为光放大器，WDM5为波分复用模块。
其中采集单元包括：光电探测器7，连接WDM5，采集传感光纤6中产生的背向瑞利散射信号；处理模块8，将背向瑞利散射信号处理转化成数字信号，利用相位敏感光时域反射技术处理得出振动传感光纤6沿线的振动分布。
本实施例利用激光在传感光纤6中传输时发生瑞利散射，当传感光纤6受到振动时，利用注入光纤中的强相干光所返回来的背向瑞利散射光，经波分复用模块和采集电源采集带有振动信息的背向瑞利散射光信号，经信号处理解调出实时的振动信息，通过振动源的实际地理位置信息来判断光纤断点的实际地理位置，从而对光纤断点进行定位。
本实施例的驱动电路1与采集单元之间通过同步触发信号协调工作，同步触发信号由激光器产生。利用同步触发信号作为参考，使得整体运作更协调。
传感光纤6为单模传感光纤6，长度60km。传感光纤6如果长度过长，则无法有效监测对应的信号。
其中窄线宽激光器2发出的光源的相干长度大于110km。
本实施例处理模块8以软件的形式运作，处理模块8的载体为计算机。
本实施例的效果包括了：分布式监测：可获得光纤沿线任一点的振动信息，可实现多点多事件同时监测，且互不影响；安全可靠，抗辐射、抗电磁干扰性能强、抗腐蚀、耐高温；灵敏度高，精度高：系统参数根据环境配置，可直接使用标准通信光缆，监测区域根据现场划分；测试距离长单模测振动长度长；精确度高，传感器振动源定位精度可达到5m；长期稳定，使用寿命长，寿命可达25年以上；可通过RS485/232或以太网接口联网电缆报警系统实时报警；不局限于对光纤断点进行定位，还可以基于光纤的特性拓展出基于光缆的电缆防外力破坏振动监测功能以及基于光缆的电缆温度、张力和覆冰情况的监测等功能。
通过以上实施方式的描述，所属领域的技术人员可以了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将具体装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，连接传感光纤，其特征在于，包括：
激光器，由驱动电路驱动，发射初始激光；
脉冲调制器，调制初始激光；
EDFA，连接脉冲调制器，放大经过调制的初始激光；
WDM，连接EDFA并将调制后的初始激光耦合至传感光纤；
采集单元，连接WDM及传感光纤，采集光电信息并通过相位敏感光时域反射技术分析。
2.根据权利要求1所述的一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，其特征在于，所述采集单元包括：
光电探测器，连接WDM，采集传感光纤中产生的背向瑞利散射信号；
处理模块，将背向瑞利散射信号处理转化成数字信号，利用相位敏感光时域反射技术处理得出振动传感光纤沿线的振动分布。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，其特征在于，所述驱动电路与采集单元之间通过同步触发信号协调工作，同步触发信号由激光器产生。
4.根据权利要求1所述的一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，其特征在于，所述传感光纤为单模传感光纤，长度小于等于70km。
5.根据权利要求4所述的一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，其特征在于，所述激光器为窄线宽激光器。
6.根据权利要求5所述的一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，其特征在于，所述窄线宽激光器发出的光源的相干长度大于100km，且所述窄线宽激光器发出的光源的相干长度大于传感光纤的长度。
7.根据权利要求2所述的一种基于相位敏感光时域反射技术的光纤断点监测装置，其特征在于，所述处理模块以软件的形式运作，处理模块的载体为计算机。
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