CN204495405U - 一种海底光电复合缆外部安全监测装置 - Google Patents

Abstract

一种海底光电复合缆外部安全监测装置，涉及一种海底光电复合缆的监测装置。海底电力电缆、大部分埋于海水下的淤泥中，然而随着时间的推移和海水洋流的冲刷，部分海底电缆将漂浮于水中，这时极易受到船舶锚钩、渔船拖网的伤害。本实用新型包括光源、光源偏正调制控制器、传感光路控制单元、光电转换器、信号处理器、船舶自动识别模块；信号处理器与船舶自动识别模块、光电转换器相连以根据光电转换器提供的电信号和船舶自动识别模块接收的船舶信息得出监测结果。本技方案结合AIS接收器的船舶信息，综合得出信号分析结果本技术方案集合船舶自动识别系统、应力监测系统、振动监测系统，使用户通过三方面综合来监测海底光电复合缆的安全情况。

Description

一种海底光电复合缆外部安全监测装置

技术领域

本实用新型涉及一种海底光电复合缆的监测装置，尤其涉及一种海底光电复合缆外部安全监测装置。

背景技术

随着技术的进步和社会的发展，海底电力电缆广泛应用于岛屿供电、近海风电场、海上石油平台供电和跨越江河海峡短程供电等。大部分埋于海水下的淤泥中，然而随着时间的推移和海水洋流的冲刷，部分海底电缆将漂浮于水中，这时极易受到船舶锚钩、渔船拖网的伤害，另据统计锚损故障占海缆故障的90%以上，及时发现海缆潜在的损害并能精确定位对于海缆的安全具有重要意义。90%以上引起海缆锚损破坏的主要原因是由于船舶的下锚过程中勾住了海缆，在起锚过程中对海缆进行了破坏。

为能够对海缆的安全进行有效监控，并对可能发生的灾害进行预警并精确定位，目前多数海底电缆中嵌入了传感光纤，利用现代光纤传感技术对于海底电缆可能造成的伤害进行实时监测。目前可用于海底电缆安全监测的技术主要有（1）基于布里渊散射的分布式光纤应力及温度探测技术(BOTDA)、（2）基于光干涉的振动检测技术、（3）船舶自动识别系统（AIS）等。BOTDA虽能探测电缆的应力分布，但由于检测到的参量为应力和温度之和，难以将温度和应力分开，并且无法检测电缆的震动，单独用于海底电缆安全监测具有一定的局限；干涉振动检测技术虽然能够检测并定位电缆的异常振动点，但空间分辨率为±50米，定位精度较差； AIS只能识别进入警戒区域的船舶，无法探测是否对警戒区域的海底电缆构成伤害。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题和提出的技术任务是对现有技术方案进行完善与改进，提供一种海底光电复合缆外部安全监测装置，以达到准确监测的目的。为此，本实用新型采取以下技术方案。

一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：包括光源、光源偏正调制控制器、传感光路控制单元、光电转换器、信号处理器、船舶自动识别模块；所述的信号处理器与船舶自动识别模块、光电转换器相连以根据光电转换器提供的电信号和船舶自动识别模块接收的船舶信息得出监测结果。光电转换器用于将接收到的光信号转换为电信号。信号处理器主要是将光电转换器提供的各类电信号分析得出光纤中的应力和振动信号，结合AIS接收器的船舶信息，综合得出信号分析结果本技术方案集合船舶自动识别系统、应力监测系统、振动监测系统，使用户可通过三方面综合来监测海底光电复合缆的安全情况。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本实用新型还包括以下附加技术特征。

所述的船舶自动识别模块包括用于接收来自海缆保护区域过往船舶VHF信号的船舶自动识别接收器以得到相应船舶信息；所述的光源包括窄线宽激光器、泵浦激光器，光源偏正调制控制器包括第一光纤分光器、电光调制器；所述的传感光路控制单元包括光纤环形器、第二光纤分光器、第三光纤分光器、第四光纤分光器；窄线宽缴光器的输出端与第一分光器的输入端相连；第一分光器的一输出端与电光调制器输入端相连；电光调制器输出端与环形器输入端相连，环形器输出端与传感光纤一端相连；泵浦激光器输出端与传感光纤的另一端相连，环形器设第三接收光端，泵浦激光器产成的泵浦光与电光调器产成的脉冲光在传感光纤中产生受激布里渊信号，受激布里渊信号由环形器的第三接收光端输出。船舶自动识别接收器用于自动接收来自海缆保护区域过往船舶的VHF信号，并将该信号进行处理，得到相应船舶的GPS位置、航行状态、航速、船首向等导航定位信息。

第一分光器的另一输出端与第二光纤分光器的输入端相连，第二光纤分光器的一输出端与第三光纤分光器一输入端相连，第三光纤分光器一输出端通过通讯光纤与第四光纤分光器一输入端相连，第四光纤分光器的一输出端为第一接收光端；第二光纤器的另一输出端与第四光纤分光器另一输入端相连，第四光纤分光器另一输出端通过通讯光纤与第三光纤分光器另一输入端相连，第三光纤分光器的另一输出端为第二接收光端；所述的第一接收光端、第二接收光端、第三接收光端通过光电转换器与信号处理器相连。

所述的第三光纤分光器、第四光纤分光器与位于海底光电复合缆中的两通信光纤组成干涉仪。

所述的通讯光纤为单模光纤。

所述的第一光纤分光器、第二光纤分光器、第三光纤分光器、第四光纤分光器采用反射镀膜 器件进行分光，分光比为50：50。

所述的环形器为三端口光纤环形器。

所述的船舶自动识别系统、应力监测系统、振动监测系统均设有报警模块。报警模块可为蜂鸣器、报警灯等。

有益效果：本技术方案对船舶进行自动识别，对海底光电复合缆进行应力监测和振动监测，结合多方面因素，实现实时监测和准确报警。

附图说明

图1；为本实用新型功能模块图。

图2：为本实用新型工作原理图。

图3：本实用新型光学部分工作原理示意图。

图4： 为本实用新型海缆保护区域示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明。

如图2所示，本实用新型设计的海底光电复合缆外部安全监测装置主要由光源、光源偏正调制控制器、传感光路控制单元，光电转换器，信号处理器、AIS船舶自动识别模块组成。光电转换器主要用于将接收到的光信号转换为电信号。AIS接收器主要用于自动接收来自海缆保护区域过往船舶的VHF信号，并将该信号进行处理，得到相应船舶的GPS位置、航行状态、航速、船首向等导航定位信息。信号处理器主要是将光电转换器提供的各类电信号分析得出光纤中的应力和振动信号，结合AIS接收器的船舶信息，综合得出信号分析结果。光源由一个窄线宽激光器LD1和一个泵浦激光器LD2组成，光源偏正调制控制器由第一光纤分光器2、电光调制器3（简称EOM）组成。传感光路控制单元由一个光纤环形器4、第二、第三、第四光纤分光器5，6，7组成。

本实用新型装置的光学工作原理说明如下图3所示：偏振无关的第三、第四光纤分光器6、7与通信光缆中的两光纤81、82共同构成Mach-Zehnder干涉仪；来自窄线宽激光器LD1的光经过第一光纤分光器2的输入端211进入第一光纤分光器2后，分别从输出端212和213输出：

（1）、输出端212的光经过EOM电光调制器3的输入端311进入，从输出端312输出脉冲光，脉冲光经过环形器4的41进入，从输出端42输出进入传感光纤83，泵浦激光器LD2的光进过传感光纤83，泵浦光与进入传感光纤83内的脉冲光产生受激布里渊信号，经过环形器4的43端接收受激布里渊信号回到接受光3;

(2)、输出端213的光经过第二光纤分光器5的输入端511进入第二光纤分光器5后，分别从512和513输出，输出端513的光经过第三光纤分光器6的输入端611进入光纤干涉仪，从第四光纤分光器7的输出端712输出，回到接收光1；输出端512的光经过第四光纤分光器7的输入端711进入光纤干涉仪，从第三光纤分光器6的输出端612输出，回到接收光2；

  本实用新型装置接通过第一接收光端1、第二接收光端2、第三接收光端3收到的光进入光电转换器进行光电信号转换，将转换的信号输入处理器中进行综合的信号处理分析，得与实时监测光纤的锚害报警。

在本技术方案中，光纤：普通光通信用单模光纤。光纤分光器：采用反射镀膜器件进行分光，通过普通单模光纤输入输出，可以是1??2和2??2分光器，分光比可以采用50：50。光纤环形器：三端口光纤环形器，隔离度大于40dB。EOM电光调制器：利用线性光电效应对激光进行调制，可用于窄脉冲编码调制，其工作波长1525至1605nm，消光比13dB，带宽10GHz。

如图1所示，本技术方案具有应力监测，振动监测、AIS船舶自动识别功能。应力监测采用基于布里渊散射的分布式光纤应力及温度探测技术，利用海底光电复合缆中的一芯光纤作为传感光纤，实时获得海底光电复合缆实时应力分布曲线，当海缆出现锚损时，海缆的应力会发生变化，并能实时获得海缆锚损处的应力值。振动监测基于光干涉的振动检测技术，利用海底光电复合缆中的两芯光纤作为传感光纤，实时监测海底光电复合缆的振动分布特征，当海缆出现锚损时，海缆的振动信号会发生变化，振动监测模块就能实时定位海缆锚损发生位置。目前对海缆造成锚损事故的船舶其吨位较大且已经安装了符合国际标准的AIS系统，AIS船舶自动识别模块主要是自动接收来自海缆保护区域过往船舶的VHF信号，并将该信号进行处理，得到相应船舶的GPS位置、航行状态、航速、船首向等导航定位信息。

本实用新型通过实时监测海底光电复合缆的应力分布特征、振动分布特征、海底光电复合缆敷设水域附近的船舶分布情况及其航行姿态进行综合判断。如图4所示，假设在海岛H1和海岛H2之间铺设了一条海底光电复合缆，带状阴影区域为海缆的警戒区域，区域总宽度为2h。A，B，C ，D 分别为保护区域边界线与海岸交接点，三角形代表过往船舶，箭头指向船舶行进方向。假设A， B，C ，D，H1，H2各点的经纬度坐标为PA,PB,PC,PD,PH1，PH2，且各点经纬度坐标已知。设某一船舶航行位置为PX, 检测PX是否属于PA,PB,PC,PD四点所构成的多边形内，若属于则该船舶已进入保护区域，需要跟踪监测，否则放弃跟踪该目标船舶；并且根据所接收到的船舶信息判断其是否有抛锚趋势，如果处于高速航行状态，则抛锚概率为零，当速度低于设定船速监测阈值时，则判断为抛锚趋势；当船舶进行抛锚作业时势必对海底光电复合缆应力分布特征、振动分布特征的变化，会引起应力监测模块和振动监测模块发出报警信号，当AIS船舶自动识别模块、振动监测模块、应力监测报警模块三者均出现报警，则海底光电复合缆外部安全监测装置即会输出锚害报警。当应力监测报警模块或振动监测模块则判断为无锚害报警。

以上图1-4所示的一种海底光电复合缆外部安全监测装置是本实用新型的具体实施例，已经体现出本实用新型实质性特点和进步，可根据实际的使用需要，在本实用新型的启示下，对其进行形状、结构等方面的等同修改，均在本方案的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：包括光源、光源偏正调制控制器、传感光路控制单元、光电转换器、信号处理器、船舶自动识别模块；所述的信号处理器与船舶自动识别模块、光电转换器相连以根据光电转换器提供的电信号和船舶自动识别模块接收的船舶信息得出监测结果。

2.根据权利要求1所述的一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：所述的船舶自动识别模块包括用于接收来自海缆保护区域过往船舶VHF信号的船舶自动识别接收器以得到相应船舶信息；所述的光源包括窄线宽激光器、泵浦激光器，光源偏正调制控制器包括第一光纤分光器、电光调制器；所述的传感光路控制单元包括光纤环形器、第二光纤分光器、第三光纤分光器、第四光纤分光器；窄线宽缴光器的输出端与第一分光器的输入端相连；第一分光器的一输出端与电光调制器输入端相连；电光调制器输出端与环形器输入端相连，环形器输出端与传感光纤一端相连；泵浦激光器输出端与传感光纤的另一端相连，环形器设第三接收光端，泵浦激光器产成的泵浦光与电光调器产成的脉冲光在传感光纤中产生受激布里渊信号，受激布里渊信号由环形器的第三接收光端输出。

3.根据权利要求2所述的一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：第一分光器的另一输出端与第二光纤分光器的输入端相连，第二光纤分光器的一输出端与第三光纤分光器一输入端相连，第三光纤分光器一输出端通过通讯光纤与第四光纤分光器一输入端相连，第四光纤分光器的一输出端为第一接收光端；第二光纤器的另一输出端与第四光纤分光器另一输入端相连，第四光纤分光器另一输出端通过通讯光纤与第三光纤分光器另一输入端相连，第三光纤分光器的另一输出端为第二接收光端；所述的第一接收光端、第二接收光端、第三接收光端通过光电转换器与信号处理器相连。

4.根据权利要求3所述的一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：所述的第三光纤分光器、第四光纤分光器与位于海底光电复合缆中的两通信光纤组成干涉仪。

5.根据权利要求3所述的一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：所述的通讯光纤为单模光纤。

6.根据权利要求3所述的一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：所述的第一光纤分光器、第二光纤分光器、第三光纤分光器、第四光纤分光器采用反射镀膜器件进行分光，分光比为50：50。

7.根据权利要求3所述的一种海底光电复合缆外部安全监测装置，其特征在于：所述的环形器为三端口光纤环形器。