CN117590291A - 一种实时监测插座故障装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种实时监测插座故障的装置，其由相干光脉冲光源端输出的信号，由光纤经光纤环形器输入至带有对齿模板的三孔插座的光纤中，利用反射经光纤环形器至探测器端，由其输出信号曲线判断插座故障状态类型。具体地，当有安全隐患的三孔插座出现烧焦融化趋势时，夹持在插座两插口间的齿板模块将对传感光纤产生挤压，而受挤压处的传感光纤的弯折、断裂变化将影响光纤的反射特性，在探测器端的返回信号呈现为尖峰特征。多个带有对齿模板的三孔插座可以接联，达到多个插座共用一套光源、环形器、探测器和处理电路的目的。此外，本发明装置因其拓展成本低的优势，可应用于集成、独立插座等多种实际场所，进行大规模多数量的实时监测任务。
Description
技术领域
本发明涉及三孔插座，具体涉及一种实时监测插座故障装置。
背景技术
三孔插座是一种插座，上面孔为接地线，左零线(N)右火线(L)，一般的单相用电设备都应使用三芯插头和与之配套的三孔插座。作为一种常见的电器设备，用电安全始终作为国家衡量标准之一。曾在日常生活广泛使用的万用孔电源转换器，就因安全问题于2010年国家明令禁止使用。此类插座虽然兼容双孔或三孔插头，但是问题在于铜片和插头接触面积小、电阻大，发热量相应变大的同时容易引发火灾。与用电安全问题相对应的是，面向三孔插座故障的实时监测任务意义重大。
现有的针对插座故障的监测方法，主要集中于对插座内部温度进行监测，利用热电偶、热敏电阻、电阻温度探测器等电子感温元件进行温度数据的采集、可视化监测，但是此类电子感温元件的通病在于，强电状态下容易产生信号偏移，响应时间比较长，系统整体的测量精度较低。在此基础上，又有人提出使用温度传感器并应用到电源插座中，克服强电问题的同时，对于测量精度以及系统反应速度有所提升。但是上述方法并不适用于大范围的实时监测，并且温度传感器容易受到外部环境温度的影响，从而造成误判的结果。
发明内容
为了实现对插座故障的实时监测，避免火灾等用电事故的发生，本发明提出一种实时监测插座故障装置，其能够实现对插座短路等问题进行精确实时的监测，并且易于进行监测数量的扩充、监测范围的延伸，解决现实生活中对于插座故障监测领域的举措匮乏问题，至关重要。
为解决上述问题，本发明的技术解决方案如下：
一种实时监测插座故障装置，包括：包括依次连接的相干光源脉冲光源、光纤环形器、传感光纤、光纤适配器，及三孔插座、夹持光纤对齿模块、探测器；所述三孔插座包括零线插口、地线插口、火线插口；所述光纤适配器通过固定在所述三孔插座的两端，以保证经过所述三孔插座前后的两端与所述传感光纤的轴心对准；所述夹持光纤模块以粘连的形式附着在所述三孔插座上的所述零线插口及所述火线插口，并对称。
进一步地，所述光纤环形器包括第一端口、第二端口、第三端口；所述三孔插座包括第一端口、第二端口。
进一步地，所述光纤环形器的第一端口连接有输入的相干光脉冲光源，第三端口与所述探测器相连。
进一步地，所述三孔插座的第一端口通过所述传感光纤连接所述光纤环形器的第二端口，第二端口进一步拓展延伸连接其它插座端口。
进一步地，所述光纤适配器通过固定在所述三孔插座的两端，把经过两端口前后的所述传感光纤的两个端面精密对接起来，保证在低损耗下实现光路通畅。
进一步地，所述夹持光纤模块通过环境烧焦融化变化程度进行所述传感光纤的挤压反馈。
进一步地，所述三孔插座受限于湿度等外在因素或老化等内在因素，当所述零线插口和火线插口的接口处发生短路现象时，两插口间的烧焦融化变化程度影响所述夹持光纤模块向内收缩挤压所述传感光纤，所述传感光纤发生弯折甚至断裂现象。
进一步地，当所述夹持光纤模块通过环境烧焦融化变化程度进行所述传感光纤的挤压反馈时，所述相干光脉冲光源发出光脉冲信号后，经过受挤压的所述传感光纤发生反射，从所述三孔插座的第一端口输出，再经过所述光纤环形器的第三端口输出，由所述探测器接收信号。
进一步地，所述传感光纤是经过特定长度标注的光纤，可依据所述探测器的接收信号曲线，提取所述传感光纤异常点的距离信息判断某个具体位置处的故障插座。
进一步地，所述传感光纤可以固定在所述零线插口、地线插口、火线插口的任意两插口间，形成多方位的插座监测网络。
进一步地，可以采用多个所述三孔插座的串联连接，形成多定位点的插座监测网络。
与现有技术相比，本发明取得的有益效益是：
本发明的一种实时监测插座故障装置，主体采用探测器结合传感光纤的技术，利用故障点处瑞利背向散射原理、菲涅尔反射原理，对故障插座进行实时监测。整体装置结构相对简单，监测方法直接有效，实现了一种端到端的检测方法，杜绝了冗余结构、不稳定元器件所导致的异常处理过程，能实现对插座短路等用电安全问题进行精确实时的监测。此外，该装置监测规模的拓展成本较低，可直接利用追加传感光纤的方式实现扩充监测数量、延伸检测范围的功能，包括集成的插座装置、串联的独立插座等等。易应用于实际场所，进行大规模的实时监测任务。
附图说明
以下对一种实时监测插座故障装置实施例的描述纯粹作为一个例子并参考所附附图，将更好地理解本发明，其他优点将更加清楚地显现出来，其中：
图1是本发明中实时监测插座故障装置的整体结构图；
附图标记：
相干光脉冲光源：1；
光纤环形器：2；第一端口：2-1；第二端口：2-2；第三端口2-3；
传感光纤：3；光纤适配器：4；
三孔插座：5；第一端口：5-1；第二端口：5-2；
零线插口：6；地线插口：7；火线插口：8；夹持光纤模块：9；探测器：10。
图2是本发明中独立插座串联的多定位点插座监测网络示意图；
图3是本发明中集成插座(插排)的监测示意图；
图4是本发明中常见的光纤损耗点曲线图。
具体实施方式：
为使得本发明的目的、技术方案、优点等叙述更加清晰准确，下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例以附图的形式给出。在此特殊说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，但并不作为本发明方案设计的限定。
图1所示，本发明提供的一种实时监测插座故障装置，包括：
相干光源脉冲光源1、光纤环形器2、传感光纤3、光纤适配器4，及三孔插座5、夹持光纤模块9、探测器10；三孔插座5包括零线插口6、地线插口7、火线插口8；
其中，光纤环形器2包括第一端口2-1、第二端口2-2、第三端口2-3；三孔插座5包括第一端口5-1、第二端口5-2。
其中，光纤环形器2的第一端口2-1连接有输入的相干光脉冲光源1，第三端口2-3与探测器10相连。
其中，三孔插座5两端固定有所述光纤适配器4，第一端口5-1通过传感光纤3连接光纤环形器2的第二端口2-2，第二端口5-1可连接进一步拓展延伸的插座端口。
其中，光纤适配器4通过固定在三孔插座5的两端，把经过两端口前后的传感光纤3的两个端面精密对接起来，保证在低损耗下实现光路通畅。
其中，夹持光纤对齿模块9通过环境烧焦融化变化程度进行传感光纤3的挤压反馈。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，其特征是：三孔插座5受限于湿度等外在因素或老化等内在因素，当零线插口6和火线插口8的接口处发生短路现象时，两插口间将导致烧焦融化后果，该烧焦融化变化程度影响夹持光纤对齿模块9向内收缩挤压，进而使得传感光纤3发生弯折甚至断裂现象。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，相干光脉冲光源1发出光脉冲信号后，经过受挤压传感光纤3时发生反射，从三孔插座5的第一端口5-1输出，再经过光纤环形器2的第三端口2-3输出，由探测器10接收信号。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，插座故障检测是通过相干光脉冲光源1发射光脉冲信号到传感光纤3内，最终由探测器10接收返回信号时来实现的。当光脉冲信号在光纤内传输时，会由于光纤、连接器、接合点的物理性质或者弯曲、断裂的物理现象而发生散射、反射。特别，菲涅尔反射作为离散的反射，是由整条光纤中的个别点中反向系数的改变造成的。在这些特殊的个别点中，会反射很强的背向散射光，利用菲涅尔反射的信息可以定位判断连接点、端点、弯折点。常见的各种光纤损耗点曲线示意图，如图4所示。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，当传感光纤3受挤压时，在挤压处会产生弯折甚至断裂。在光纤内部传输的光脉冲信号，将在这些弯折点发生损耗以及菲涅尔反射现象，而散射光和反射光将变化信号传输回探测器10。通常可通过探测器10中返回信号曲线的尖峰来识别。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，探测器10按照一定的时间间隔，从光纤环形器2的第三端口2-3不间断地接收返回信号，分别利用瑞利背向散射原理、菲涅尔反射原理对光纤进行相应的损耗测试、反射测试。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，图4是常见的光纤损耗曲线图，a点为光纤输入端的菲涅尔反射区，b点为光纤连接处或耦合等原因引起的损耗，c点为光纤弯折处引起的损耗，d点为光纤裂缝处引起的损耗，e点为光纤输出端的菲涅尔反射区。根据探测器10的返回信号曲线，可分析判断故障插座的具体位置。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，传感光纤3中故障损耗点的距离d公式为：其中t为光脉冲信号从发射到接收的时间，c为光速，n为光纤纤芯的折射率。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，需确保传感光纤3尾端的光纤端面平整、光滑、洁净，使得探测器10处的返回光强度损失降到最低。其中，反射光强度公式为：其中，Pr为反射光强度，Pi为输入光强度，n1，n1分别为光纤纤芯和光纤外部的折射率。
在一些实施例中，所述的一种实时监测插座故障装置，所述的一种实时监测插座故障装置，可监测零线插口、地线插口、火线插口的任意两插口间，可监测多个串联连接的三孔插座，形成多方位多定位点的插座检测网络。
实施例1
图1是实时监测插座故障装置的整体结构图。具体地，首先由相干光脉冲光源1连接光纤环形器2。光纤环形器2具有第一端口2-1、第二端口2-2、第三端口2-3，其中，相干光脉冲光源1发射的脉冲光信号经过第一端口2-1到达光纤环形器，后经第二端口2-2输出。
第二端口2-2与三孔插座5相连。三孔插座5具有第一端口5-1、第二端口5-2，其中，光纤环形器2的第二端口2-2输出的脉冲光信号由传感光纤3到达三孔插座5的第一端口5-1，经过三孔插座内部的夹持光纤模块9到达三孔插座的第二端口5-2，输出到达传感光纤3的尾部或者下一个待监测的三孔插座。
某一时刻，三孔插座发生短路等故障时，不同级插口间产生高温使得外部的连接壳发生烧焦甚至融化现象，所产生的张力作用在光纤夹持模块9上，致使光纤夹持模块9收缩挤压传感光纤3，最终传感光纤3发生弯折甚至断裂现象。
实施例2
脉冲光信号的传输过程中，如果实时监测插座故障装置中的三孔插座5发生故障时，传感光纤3某处产生缺陷。此时脉冲光信号到达该位置时，很大一部分光通过菲涅尔反射逆向传输，其强度可能是背向瑞利散射的几千倍。返回的脉冲光信号经三孔插座5的第一端口5-1由传感光纤3到达光纤环形器2的第二端口2-2，通过光纤环形器2的第三端口2-3输出到达探测器10，探测器10将分别按照瑞利背向散射原理及菲涅尔反射原理对光纤进行光纤损耗测试及光纤反射测试，最终利用返回信号曲线的尖峰来识别定位及判断连接点、端点、弯折点。常见的各种光纤损耗点曲线示意图，如图4所示。
实施例3
实时监测插座故障装置除了上述的监测独立插座故障的功能外(如图1所示的结构装置)，还可以对其进行拓展操作，不同之处在于传感光纤的架设。图2所示的为完整的一条传感光纤连接多个独立插座的监测架构，不同于图1所示的结构，图2在传感光纤上增加了多个测试样本点，能够同时监测多个不同位置处的独立插座故障，且满足每个插座达到与图1所示结构同样的效果。图3所示的为多个插座集成结构的监测架构，与图2不同之处在于，传感光纤穿过插座的距离减小，但每个插座仍能达到与图1所示结构相同的效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，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、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种实时监测插座故障装置，其特征在于，包括：
包括依次连接的相干光脉冲光源(1)、光纤环形器(2)、传感光纤(3)、光纤适配器(4)，及三孔插座(5)、夹持光纤对齿模块(9)、探测器(10)；
所述三孔插座(5)包括零线插口(6)、地线插口(7)、火线插口(8)；
所述光纤适配器(4)通过固定在所述三孔插座(5)的两端，以保证经过所述三孔插座
(5)前后的两端与所述传感光纤(3)的轴心对准；
所述夹持光纤对齿模块(9)以粘连的形式附着在所述三孔插座(5)上的所述零线插口(6)及所述火线插口(8)，并对称。
2.根据权利要求1所述的一种实时监测插座故障装置，其特征在于，所述光纤环形器(2)包括第一端口(2-1)、第二端口(2-2)、第三端口(2-3)；所述三孔插座(5)包括第一端口(5-1)、第二端口(5-2)。
3.根据权利要求2所述的一种实时监测插座故障装置，其特征在于，所述光纤环形器(2)的第一端口(2-1)连接有输入的相干光脉冲光源(1)，第三端口(2-3)与所述探测器(10)相连。
4.根据权利要求2所述的一种实时检测插座故障装置，其特征在于，所述三孔插座(5)的
第一端口(5-1)通过所述传感光纤(3)连接所述光纤环形器(2)的第二端口(2-2)，第二端口(5-2)进一步拓展延伸连接到其它插座端口。
5.根据权利要求1所述的一种实时检测插座故障装置，其特征在于，所述夹持光纤对齿模块(9)通过环境烧焦融化变化程度进行所述传感光纤(3)的挤压反馈。
6.根据权利要求5所述的一种实时检测插座故障装置，其特征在于，所述三孔插座(5)受限于湿度外在因素或老化内在因素，当所述零线插口(6)及火线插口(8)的接口处发生短路现象时，两插口间的烧焦融化变化程度影响所述夹持光纤模块(9)向内收缩挤压所述传感光纤(3)，所述传感光纤(3)发生弯折甚至断裂现象。
7.根据权利要求6所述的一种实时检测插座故障装置，其特征在于，当所述夹持光纤模块(9)通过环境烧焦融化变化程度进行所述传感光纤(3)的挤压反馈时，所述相干光脉冲光源(1)发出光脉冲信号之后，经过受挤压的所述传感光纤(3)发生反射，从所述三孔插座(5)的第一端口(5-1)输出，再经过所述光纤环形器(2)的第三端口(2-
3)输出，由所述探测器(10)接收信号。
8.根据权利要求1所述的一种实时监测插座故障装置，其特征在于，所述传感光纤(3)是经过特定长度标注的光纤，可依据所述探测器(10)的接收信号曲线，提取所述传感光纤(3)异常点的距离信息判断某个具体位置处的故障插座。
9.根据权利要求1所述的一种实时监测插座故障装置，其特征在于，所述传感光纤(3)固定在所述零线插口(6)、地线插口(7)、火线插口(8)的任意两插口间，形成多方位的插座监测网络。
10.根据权利要求1所述的一种实时监测插座故障装置，其特征在于，采用多个所述三孔插座(5)的串联连接，形成多定位点的插座监测网络。
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