CN113702741A - 一种新型电缆结构及电缆监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种新型电缆结构及电缆监测系统，电缆结构包括放置于钢筋混凝土管内部的电缆本体，所述电缆本体和钢筋混凝土管之间为输水层，所述电缆本体包括多个电缆绝缘线芯且多个电缆绝缘线芯设置于隔离套内部，多个所述电缆绝缘线芯之间铺满填充物，所述填充物中植入湿度敏感光纤和靠近湿度敏感光纤设置的参考光纤，所述隔离套的外围依次设置有双钢带保护层和外护层，本发明将电缆放在给排水里面，输水和输电同步进行，水可以用来降低电缆的温度。
Description
技术领域
本发明涉及综合管廊领域，尤其是一种新型电缆结构及电缆监测系统。
背景技术
综合管廊是城市地下空间中将原本各自单独埋设市政、电力、通讯、燃气、给排水等各种管线集中在一起的隧道，方便对这些管线实施统一的规划、设计、建设和管理。综合管廊对比于管线直埋方式具有一些优势：避免市政道路反复开挖、减少市政管线事故，便于管线巡查和维护管理工作、集约利用地下空间等优点。但目前在综合管廊中，给排水与电力系统是分开的，总占地面积大。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种新型电缆结构及电缆监测系统，将电缆放在给排水里面，输水和输电同步进行，水可以用来降低电缆的温度。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种新型电缆结构，包括放置于钢筋混凝土管内部的电缆本体，所述电缆本体和钢筋混凝土管之间为输水层，所述电缆本体包括多个电缆绝缘线芯且多个电缆绝缘线芯设置于隔离套内部，多个所述电缆绝缘线芯之间铺满填充物，所述填充物中植入湿度敏感光纤和靠近湿度敏感光纤设置的参考光纤，所述隔离套的外围依次设置有双钢带保护层和外护层。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述电缆绝缘线芯包括设置于中心的导体，所述导体的外围依次设置有内半导层、绝缘层、外半导层和铜屏蔽。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述湿度敏感光纤包括纤芯，所述纤芯外围依次设置有聚酰亚胺湿敏包层及网状保护结构且网状保护结构使得湿气进入聚酰亚胺湿敏包层。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述湿度敏感光纤和参考光纤松弛布置。
本发明技术方案的进一步改进在于：一种新型电缆监测系统，包括光源，所述光源发射连续光并分别通过第一耦合器传送至电光调制器和绕偏器，所述电光调制器将一部分连续光调制成波长接近布里渊散射波长的脉冲光，另一部分连续光通过绕偏器消除光偏振影响后形成参考光，脉冲光经过掺铒光纤放大器进一步放大后通过环形器进入湿度敏感光纤和参考光纤，在湿度敏感光纤和参考光纤的不同位置均会发生布里渊散射并形成连续光且与参考光形成干涉，干涉结果通过第二耦合器传送至光电探测器，所述光电探测器将干涉结果转化为高频正弦波，高频正弦波与高频谐振发生器发出波通过经过混频器，然后经过低通滤波器转变为低频信号经过信号处理器转化为沿光纤分布的湿度结果。
本发明技术方案的进一步改进在于：还包括用于时分复用的光开关和信号控制器，所述信号控制器发出脉冲射频信一方面调控电光调制器、另一方面分时控制光开关，所述光开关一端连接环形器、另一端按照信号控制器的控制分时联通湿度敏感光纤和参考光纤。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述信号处理器基于FPGA与AD转换实现，将模拟电信号转为数字信号，通过多次平均的方法分别获得湿度敏感光纤布里渊散射波长变化与参考光纤布里渊散射波长变化曲线。
本发明技术方案的进一步改进在于：所述湿度敏感光纤的布里渊散射波长变化和参考光纤的布里渊散射波长变化曲线对应的公式分别为：
λ1＝a1·RH+·b1T，
λ2＝b2·T，
其中，λ1：湿度敏感光纤布里渊散射波长变化；RH：湿度敏感光纤的湿度；a1：湿度敏感光纤的湿度敏感系数；b1：湿度敏感光纤的温度敏感系数；T：湿度敏感光纤的温度；λ2：参考光纤布里渊散射波长变化；b2：参考光纤的温度敏感系数。
由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：
本发明将电缆放在给排水里面，输水和输电同步进行，水可以用来降低电缆的温度。为避免水对电缆的影响，在电缆中植入湿度敏感光纤，实时监测电缆进水情况，提高系统运行可靠性。为避免湿度敏感光纤受到温度和应力的影响，增加参考光纤，通过方程联立求解的方法获得电缆内部湿度情况。
附图说明
图1是本发明电缆结构区域有限元网格剖分图；
图2是本发明电缆本体结构示意图；
图3是本发明电缆绝缘线芯结构示意图；
图4是本发明湿度敏感光纤截面示意图；
图5是本发明的电缆监测系统分布图；
其中，1、钢筋混凝土管，2、电缆本体，3、输水层，4、电缆绝缘线芯，4-1、导体，4-2、内半导层，4-3、绝缘层，4-4、外半导层，4-5、铜屏蔽，5、隔离套，6、填充物，7、湿度敏感光纤，7-1、纤芯，7-2、聚酰亚胺湿敏包层，7-3、网状保护结构，8、参考光纤，9、双钢带保护层，10、外护层，11、光源，12、第一耦合器，13、电光调制器，14、绕偏器，15、掺铒光纤放大器，16、环形器，17、第二耦合器，18、光电探测器，19、高频谐振发生器，20、混频器，21、低通滤波器，22、信号处理器，23、光开关，24、信号控制器。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明：
如图1至图4所示，一种新型电缆结构，包括放置于钢筋混凝土管1内部的电缆本体2，所述电缆本体2和钢筋混凝土管1之间为输水层3，输水层3可以用来降低电缆本体2的温度。所述电缆本体2包括多个电缆绝缘线芯4且多个电缆绝缘线芯4设置于隔离套5内部，所述电缆绝缘线芯4包括设置于中心的导体4-1，所述导体4-1的外围依次设置有内半导层4-2、绝缘层4-3、外半导层4-4和铜屏蔽4-5。多个所述电缆绝缘线芯4之间铺满填充物6，所述填充物6中植入湿度敏感光纤7和靠近湿度敏感光纤7设置的参考光纤8，湿度敏感光纤7实时监测电缆进水情况，提高系统运行可靠性。所述湿度敏感光纤7包括纤芯7-1，所述纤芯7-1外围依次设置有聚酰亚胺湿敏包层7-2及网状保护结构7-3且网状保护结构7-3使得湿气进入聚酰亚胺湿敏包层7-2，聚酰亚胺湿敏包层7-2受到湿度影响将改变折射率，折射率的改变将导致所处位置布里渊散射的波长发生变化，此外湿度敏感光纤7的布里渊散射波长受到温度影响。参考光纤8用于解决温度与湿度交叉敏感问题。参考光纤8的布里渊散射波长仅受到温度的影响。所述湿度敏感光纤7和参考光纤8松弛布置，不受应变影响。所述隔离套5的外围依次设置有双钢带保护层9和外护层10，防止外力破坏。
为获得湿度敏感光纤7的布里渊散射波长变化和参考光纤8的布里渊散射波长变化，提出了一种新型电缆监测系统，如图5所示，包括光源11、第一耦合器12、电光调制器13、绕偏器14、掺铒光纤放大器15、环形器16、第二耦合器17、光电探测器18、高频谐振发生器19、混频器20、低通滤波器21、信号处理器22、光开关23、信号控制器24。
所述光源11发射连续光并分别通过第一耦合器12传送至电光调制器13和绕偏器14，所述电光调制器13将一部分连续光调制成波长接近布里渊散射波长的脉冲光，另一部分连续光通过绕偏器14消除光偏振影响后形成参考光，脉冲光经过掺铒光纤放大器15进一步放大后通过环形器16进入湿度敏感光纤7和参考光纤8，在本专利中，所述环形器16一端连接用于时分复用的光开关23，信号控制器24发出脉冲射频信一方面调控电光调制器13、另一方面分时控制光开关23，所述光开关23按照信号控制器24的控制分时联通湿度敏感光纤7和参考光纤8。在湿度敏感光纤7和参考光纤8的不同位置均会发生布里渊散射并形成连续光且与参考光形成干涉，干涉结果通过第二耦合器17传送至光电探测器18，所述光电探测器18将干涉结果转化为高频正弦波，高频正弦波与高频谐振发生器19发出波通过经过混频器20，然后经过低通滤波器21转变为低频信号，低频信号通过信号处理器22，所述信号处理器22基于FPGA与AD转换实现，将模拟电信号转为数字信号，通过多次平均的方法分别获得湿度敏感光纤7布里渊散射波长变化与参考光纤8布里渊散射波长变化曲线。所述湿度敏感光纤7的布里渊散射波长变化和参考光纤8的布里渊散射波长变化曲线对应的公式分别为：
λ1＝a1·RH+·b1T，
λ2＝b2·T，
其中，λ1：湿度敏感光纤布里渊散射波长变化；RH：湿度敏感光纤的湿度；a1：湿度敏感光纤的湿度敏感系数；b1：湿度敏感光纤的温度敏感系数；T：湿度敏感光纤的温度；λ2：参考光纤布里渊散射波长变化；b2：参考光纤的温度敏感系数。
信号处理器22利用上述公式计算获得沿光纤分布的湿度结果。
Claims (8)
1.一种新型电缆结构，其特征在于：包括放置于钢筋混凝土管(1)内部的电缆本体(2)，所述电缆本体(2)和钢筋混凝土管(1)之间为输水层(3)，所述电缆本体(2)包括多个电缆绝缘线芯(4)且多个电缆绝缘线芯(4)设置于隔离套(5)内部，多个所述电缆绝缘线芯(4)之间铺满填充物(6)，所述填充物(6)中植入湿度敏感光纤(7)和靠近湿度敏感光纤(7)设置的参考光纤(8)，所述隔离套(5)的外围依次设置有双钢带保护层(9)和外护层(10)。
2.根据权利要求1所述的一种新型电缆结构，其特征在于：所述电缆绝缘线芯(4)包括设置于中心的导体(4-1)，所述导体(4-1)的外围依次设置有内半导层(4-2)、绝缘层(4-3)、外半导层(4-4)和铜屏蔽(4-5)。
3.根据权利要求1所述的一种新型电缆结构，其特征在于：所述湿度敏感光纤(7)包括纤芯(7-1)，所述纤芯(7-1)外围依次设置有聚酰亚胺湿敏包层(7-2)及网状保护结构(7-3)且网状保护结构(7-3)使得湿气进入聚酰亚胺湿敏包层(7-2)。
4.根据权利要求1所述的一种新型电缆结构，其特征在于：所述湿度敏感光纤(7)和参考光纤(8)松弛布置。
5.一种新型电缆监测系统，其特征在于：包括光源(11)，所述光源(11)发射连续光并分别通过第一耦合器(12)传送至电光调制器(13)和绕偏器(14)，所述电光调制器(13)将一部分连续光调制成波长接近布里渊散射波长的脉冲光，另一部分连续光通过绕偏器(14)消除光偏振影响后形成参考光，脉冲光经过掺铒光纤放大器(15)进一步放大后通过环形器(16)进入湿度敏感光纤(7)和参考光纤(8)，在湿度敏感光纤(7)和参考光纤(8)的不同位置均会发生布里渊散射并形成连续光且与参考光形成干涉，干涉结果通过第二耦合器(17)传送至光电探测器(18)，所述光电探测器(18)将干涉结果转化为高频正弦波，高频正弦波与高频谐振发生器(19)发出波通过经过混频器(20)，然后经过低通滤波器(21)转变为低频信号后，经过信号处理器(22)转化为沿光纤分布的湿度结果。
6.根据权利要求5所述的一种新型电缆监测系统，其特征在于：还包括用于时分复用的光开关(23)和信号控制器(24)，所述信号控制器(24)发出脉冲射频信一方面调控电光调制器(13)、另一方面分时控制光开关(23)，所述光开关(23)一端连接环形器(16)、另一端按照信号控制器(24)的控制分时联通湿度敏感光纤(7)和参考光纤(8)。
7.根据权利要求5所述的一种新型电缆监测系统，其特征在于：所述信号处理器(22)基于FPGA与AD转换实现，将模拟电信号转为数字信号，通过多次平均的方法分别获得湿度敏感光纤(7)布里渊散射波长变化与参考光纤(8)布里渊散射波长变化曲线。
8.根据权利要求7所述的一种新型电缆监测系统，其特征在于：所述湿度敏感光纤(7)的布里渊散射波长变化和参考光纤(8)的布里渊散射波长变化曲线对应的公式分别为：
λ1＝a1·RH+·b1T，
λ2＝b2·T，
其中，λ1：湿度敏感光纤布里渊散射波长变化；RH：湿度敏感光纤的湿度；a1：湿度敏感光纤的湿度敏感系数；b1：湿度敏感光纤的温度敏感系数；T：湿度敏感光纤的温度；λ2：参考光纤布里渊散射波长变化；b2：参考光纤的温度敏感系数。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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