CN210724801U - 一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置，属于光缆监控技术领域。包括服务器、主控制模块、光路保护模块、测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、相干光时域反射计模块和电源模块；所述服务器分别与主控制模块、电源模块相连接；所述主控制模块分别与测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、光路保护模块和电源模块相连接；所述服务器采用windows操作系统下的服务器，主控制模块采用可编程序控制机，用于实现逻辑控制、数据处理和网络通信。本实用新型增加了光缆外界温度测试功能和光路保护模块，可以实时测试光缆的温度变化以及对光缆故障进行及时控制和修复。

Description

一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置

技术领域

本实用新型属于光缆监控技术领域，涉及一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置。

背景技术

电力系统通信中OPGW和ADSS光缆占主要地位，外界雷击、风力、降雨、覆冰、拉力等复杂环境均可使光缆产生形变，严重时可能导致光缆铠装、护套破裂甚至折断；同时，外界温度变化、电腐蚀产生的高温也可损坏光缆或使光缆性能下降。因此，及时发现通讯光缆，特别是杆塔上光纤接续盒的熔接部位运行状态，对于通信系统的安全稳定运行显得更为重要。

目前，专利201510044365.9公开了一种企业配用电安全智能诊断与决策支持系统。 201811611609.7公开了一种基于深度学习的电力光缆实时监测保护系统。现有技术方案能够对光缆进行实时监测并预判和控制事故。但现有技术方案在发现故障后，不能准确分析故障类型及故障产生原因。仍然需要人工完成。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置，解决目前电力电缆发生故障时无法进行故障产生原因、类型识别和控制的功能。

为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置，包括服务器、主控制模块、光路保护模块、测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、相干光时域反射计模块和电源模块；

所述服务器分别与主控制模块、电源模块相连接；

所述主控制模块分别与测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、光路保护模块和电源模块相连接；

所述服务器采用windows操作系统下的服务器，主控制模块采用可编程序控制机，用于实现逻辑控制、数据处理和网络通信；

所述定位模块包括计算机端的GIS系统和手机端的GPS定位系统；GIS系统安装在工作后台服务器内，GPS定位系统安装在工作人员手机上；

所述光路保护模块采用OAPS系列光路自动切换保护系统；

所述测试模块采用COTDR光时域反射计，用于测试并记录光缆的光功率信息；

所述数据分析模块包括：RS232接口电路、AT89S52单片机；RS232接口电路用于将数字信号传输至单片机中；AT89S52单片机用于对数据的处理；

所述电源模块采用220V交流电和蓄电池，220V交流电用于服务器和主控制模块，蓄电池用于测试点的报警模块。

可选的，所述装置还包括外壳、用于被测光缆插入的COTDR输出口、USB插口和充电插口。

可选的，所述报警模块采用GSM/GPRS模块，通过RS232串口与GSM模块通信，用于使用标准的AT命令来控制GSM模块实现无线通信报警功能；GSM/GPRS模块一端连接AT89S52单片机，用于接受AT89S52单片机发送的报警信息，另一端通过无线传输方式，用于将报警信息发送至工作人员的手机上。

本实用新型的有益效果在于：增加了光缆外界温度测试功能和光路保护模块，可以实时测试光缆的温度变化以及对光缆故障进行及时控制和修复。本实用新型具体采用高频率稳定度的分布式反馈激光器作探测光源，运用奇异值分解(SVD)对测试数据进行降噪，提高装置系统的灵敏度、空间分辨率和信噪比。同时该装置可以自动定位光缆故障地点，不需要人工巡检，故障发生时，可以通过光路自动切换保护系统进行光路瞬时转换，进而保障光缆系统正常运行。

本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作优选的详细描述，其中：

图1为本装置系统组成图；

图2为本装置结构示意图；

图3为本装置电路连接图；

图4为本装置运作流程图；

图5为SVD降噪处理流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1～图5，为一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置。装置包括服务器 1、主控制模块2、光路保护模块3、测试模块4、数据分析模块5、定位模块6、报警模7、相干光时域反射计模块8、在线测试模块9和电源模块10；

所述装置服务器分别与主控制模块、电源模块相连接；主控制模块分别与测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、光路保护模块、电源模块相连接。服务器采用windows 操作系统下的服务器，主控制模块采用可编程序控制机，主要用于实现逻辑控制、数据处理和网络通信等功能；整个装置具有保存完整运行参数及自动复位功能。主控制模块与各个模块集成设计，测试模块运用相干光时域反射计对光缆进行数据测试，测试的数据传输至数据分析模块进行数据分析，通过奇异值分解(SVD)对数据进行降噪和优化分析，提高装置系统的灵敏度和信噪比，进一步提取特征数据，获得更为准确的事件点信息，保障故障定位的精度。当光缆发生故障时，主控制器通过数据分析模块得到的数据特性，判断发生的故障类型，进而控制定位模块进行故障分析和定位，将故障险情通过报警模块发送至工作人员手机中，同时触发光路保护模块功能，进行光路瞬时切换，从而能在主用光缆发生全阻障碍时，保障光缆系统正常运行。

所述测试模块主要运用相干光时域反射计对光缆信号进行测试，监测方式采用光功率和备纤两种方式，测试后的数据传输至数据分析模块进行分析，由主控制模块控制。相干光时域反射计模块采用高频率稳定度的分布式反馈激光器作探测光源，能有效提高空间分辨率。

数据分析模块用于对测试模块的特征数据进行分析和提取。根据COTDR获得的光功率曲线，将曲线中盲区、恒定斜率区、非反射事件、反射事件等区域与光纤的老化点、熔接点、接头、异常弯曲点、断裂点、末端等相匹配，得到曲线变化特征；根据COTDR瑞利散射干涉的频率变化，计算相关函数，可得到光缆外界温度的变化量。

所述光纤温度测试原理是基于环境温度变化会导致传感光纤的后向瑞利散射干涉图样 (相位变化信息)发生改变。当光频率以一定频率间隔，周期性地进行扫描，根据光频率变化与温度变化分别对瑞利散射图样的影响关系，可以定量计算出传感温度变化。

当测试的数据传输至数据分析模块进行数据分析时，运用奇异值分解(SVD)对数据进行降噪和优化分析，从而提高装置系统的灵敏度和信噪比，有利于提高系统的准确性，发生故障时，数据分析模块将根据得到的数据特性，判断发生的故障类型。

所述奇异值分解(SVD)降噪过程，将蕴含噪声的信号所构建的Hankel矩阵能够分解成信号区域和噪声区域，采用合适的奇异值阈值处理方法来处理这两个空间的奇异值矩阵，然后对信号实行重构，达到消除信号中噪声的目的。

所述定位模块包括计算机端的GIS系统和手机端的GPS定位系统。当光缆发生故障时，主控制器将通过数据分析模块得到的故障类型，将故障数据发送至监测中心的服务器和工作人员的手机中，进而对故障地点实时精准定位。

所述报警模块具有声光报警和远程无线报警功能。声光报警用于现场监测点报警，远程无线报警用于将警情发送至工作人员手机。

所述光路保护模块采用OAPS系列光路自动切换保护系统；OAPS系列光路自动切换保护系统能自动识别主、备纤系统光路信号状态，进行光路瞬时转换，进而保障光缆系统正常运行。

所述电源模块采用220V交流电和蓄电池，220V交流电用于服务器和主控制模块等，蓄电池主要用于测试点的声光报警器，两种电源结合使用保证了整个装置的正常运行。

装置主要部件：测试模块、数据分析模块、报警模块。

外壳：防尘防震，能有效的保护装置。COTDR输出口：被测光缆的插口。USB插口：数据的传输的插口；工作人员可以通过数据线将装置记录的数据传送到别的设备上。充电插口：整个装置的充电线插口，装置内部有锂电池包，通过充电给装置供电。

测试模块采用COTDR光时域反射计，运用COTDR光时域反射计测试并记录光缆的光功率信息。COTDR光时域反射仪型号：MW90010A，生产厂家为深圳集源科技有限公司。

数据分析模块包括：RS232接口电路、AT89S52单片机；RS232接口电路用于将数字信号传输至单片机中；AT89S52单片机用于对数据的处理。

定位功能采用GIS系统和手机端的GPS定位系统，GIS系统安装在工作后台服务器内， GPS定位系统安装在工作人员手机上。当AT89S52单片机将测试数据中的特征数据分析出来后，通过无线传输方式将故障位置信息传达到GIS系统和手机端的GPS定位系统，进行故障定位。

报警模块采用GSM/GPRS模块，通过RS232串口与GSM模块通信，使用标准的AT命令来控制GSM模块实现无线通信报警功能。GSM/GPRS模块一端连接AT89S52单片机，接受AT89S52单片机发送的报警信息，另一端通过无线传输方式，将报警信息发送至工作人员的手机上。

光路保护模块采用OAPS光路自动切换保护系统，生产厂家为桂林航天光比特科技股份公司；当AT89S52单片机将测试数据中的特征数据分析出来后，通过无线传输方式启动OAPS 光路自动切换保护系统，OAPS光路自动切换保护系统能自动识别主、备纤系统光路信号状态，进行光路瞬时转换，进而保障光缆系统正常运行。

(1)装置在运行过程中，通过主控制模块运用相干光时域反射计对光缆进行数据测试，测试的数据传输至数据分析模块进行数据分析。

数据分析过程：

数据分析模块通过经验奇异值分解(SVD)对数据进行降噪和优化分析，提高装置系统的灵敏度和信噪比，进一步提取特征数据。针对光纤的老化点、熔接点、接头、异常弯曲点、断裂点、末端等不同类型故障点，光信号功率产生变化各不相同，且功率变化呈现出一定的特点，运用故障类型和光信号功率变化的联系，进而通过光信号功率变化判断故障类型；同时根据COTDR瑞利散射干涉的频率变化，预测光缆外界温度。

故障定位过程：

当光缆发生故障时，主控制模块通过数据分析模块得到的数据特性，判断发生的故障类型，进而将数据中包含的距离信息发送至定位模块，从而进行故障分析和精准定位。

故障修复过程：

当光缆发生故障时，主控制模块将触发光路保护模块功能，光路保护模块能自动识别主、备系纤统光路信号状态，进行光路瞬时切换，从而能在主用光缆发生全阻障碍时，保障光缆系统正常运行。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置，其特征在于：包括服务器、主控制模块、光路保护模块、测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、相干光时域反射计模块和电源模块；

所述服务器分别与主控制模块、电源模块相连接；

所述主控制模块分别与测试模块、数据分析模块、定位模块、报警模块、光路保护模块和电源模块相连接；

所述服务器采用windows操作系统下的服务器，主控制模块采用可编程序控制机，用于实现逻辑控制、数据处理和网络通信；

所述定位模块包括计算机端的GIS系统和手机端的GPS定位系统；GIS系统安装在工作后台服务器内，GPS定位系统安装在工作人员手机上；

所述光路保护模块采用OAPS系列光路自动切换保护系统；

所述测试模块采用COTDR光时域反射计，用于测试并记录光缆的光功率信息；

所述数据分析模块包括：RS232接口电路、AT89S52单片机；RS232接口电路用于将数字信号传输至单片机中；AT89S52单片机用于对数据的处理；

所述电源模块采用220V交流电和蓄电池，220V交流电用于服务器和主控制模块，蓄电池用于测试点的报警模块；

所述报警模块采用GSM/GPRS模块，通过RS232串口与GSM模块通信，用于使用标准的AT命令来控制GSM模块实现无线通信报警功能；GSM/GPRS模块一端连接AT89S52单片机，用于接受AT89S52单片机发送的报警信息，另一端通过无线传输方式，用于将报警信息发送至工作人员的手机上。

2.根据权利要求1所述的一种基于相干光时域反射计的电力光缆监控装置，其特征在于：所述装置还包括外壳、用于被测光缆插入的COTDR输出口、USB插口和充电插口。

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