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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf das technische Gebiet der Kabelfehlererkennung und insbesondere auf eine Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern.
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Stand der Technik
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Mit der rasanten Entwicklung des Städtebaus wurde die Stromversorgung über Stromkabel in städtischen Verteilungsnetzen weit verbreitet und ersetzte nach und nach Freileitungen aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Stabilität, Einsparung von Leitungskorridoren und Förderung der Stadtverschönerung. Da jedoch die meisten Stromkabel unter der Erde verlegt sind und die Betriebsumgebung komplex ist, ist es bei Auftreten eines Fehlers schwierig, den genauen Ort des Fehlerpunkts so schnell wie möglich zu ermitteln.
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Zu den derzeit gebräuchlichsten Methoden gehören die Brückenmethode, die Wanderwellenmethode, die Niederspannungsimpulsmethode, die Hochspannungsimpulsmethode, die DC-Hochspannungsüberschlagsmethode (Direktblitzmethode), die akustische Messmethode, die akustisch-magnetische Synchronisationsmethode und die Audioinduktionsmethode. usw. Eine Besonderheit dieser Methoden ist die Offline-Messung. Nach einem Kabelfehler erfolgt eine Offline-Überwachung nach einem Stromausfall. Die Messung dauert lange und ein erheblicher Teil der Fehler, die in Stromkabeln während des Betriebs auftreten, sind transiente Fehler. Wenn ein Kabelfehler sofort erkannt und genau lokalisiert werden kann, werden Anwender zweifellos viel Zeit und Kosten sparen.
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Offenbarung der Erfindung
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Um die im Stand der Technik bestehenden technischen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern bereit.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern bereitgestellt, umfassend einen Hauptlaser, einen ersten Fotodetektor, einen zweiten Fotodetektor, einen Impulslaser, einen dritten Fotodetektor, eine erste Sensoreinheit und eine zweite Sensoreinheit.
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Die erste Sensoreinheit umfasst einen primären optischen Verzweigungskoppler, eine erste optische Zweiglichtleitfaser, eine zweite optische Zweiglichtleitfaser, eine erste optische Sensorfaser, einen optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs und einen optischen Verzweigungskoppler des zweiten Zweigs. Die erste optische Zweiglichtleitfaser und die zweite optische Zweiglichtleitfaser sind parallel zwischen dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs und dem optischen Verzweigungskoppler des zweiten Zweigs geschaltet. Das von den beiden Zweiglichtleitfasern entfernte Ende des optischen Verzweigungskopplers des ersten Zweigs ist mit dem primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. Das von den beiden Zweiglichtleitfasern entfernte Ende des optischen Verzweigungskopplers des zweiten Zweigs ist über die erste Sensorfaser mit dem primären optischen Verzweigungskoppler verbunden.
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Die zweite Sensoreinheit umfasst einen Zirkulator und eine zweite optische Sensorfaser. Ein Ende der zweiten optischen Sensorfaser ist mit dem Zirkulator verbunden.
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Der Hauptlaser und der zweite Fotodetektor sind beide mit dem primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. Der erste Fotodetektor ist mit dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs verbunden. Der Impulslaser und der dritte Fotodetektor sind beide mit dem Zirkulator verbunden.
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Vorzugsweise ist weiterhin ein Phasenmodulator vorgeshen ist, der zwischen dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs und der ersten oder der zweiten Zweiglichtleitfaser angeschlossen ist.
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Vorzugsweise bilden der Hauptlaser, der erste Fotodetektor, der zweite Fotodetektor, der Impulslaser und der dritte Fotodetektor zusammen einen Signalhost.
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Vorzugsweise bilden der primäre optische Verzweigungskoppler, der optische Verzweigungskoppler des ersten Zweigs und der Zirkulator zusammen ein Front-End-Modul.
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Vorzugsweise bilden die beiden Zweiglichtleitfasern, die erste Sensorfaser und die zweite Sensorfaser zusammen ein optisches Sensorkabel.
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Vorzugsweise ist zwischen dem zweiten Fotodetektor und dem primären optischen Verzweigungskoppler ein Analysator vorgesehen.
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Vorzugsweise ist ein Analysator zwischen dem ersten Fotodetektor und dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs vorgesehen.
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In der vorliegenden Erfindung sind in der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern zwei optische Zweiglichtleitfasern parallel zwischen dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs und dem optischen Verzweigungskoppler des zweiten Zweigzweigs in der ersten Sensoreinheit geschaltet. Der erste optische Verzweigungskoppler des ersten Zweigs ist mit der primären optischen Verzweigungskoppler verbunden, und der optische Verzweigungskoppler des zweiten Zweigzweigs ist über die erste optische Sensorfaser mit der primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. In der zweiten Sensoreinheit ist ein Ende der zweiten optischen Sensorfaser mit dem Zirkulator verbunden. Sowohl der Hauptlaser als auch der zweite Fotodetektor sind mit der primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. Der erste Fotodetektor ist mit dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs verbunden, und der Impulslaser und der dritte Fotodetektor sind beide mit einem Zirkulator verbunden. Angesichts des Lärms, der bei einem Durchbruchs des Kables entsteht, wird der Ersatzlichtleitfaser im zugehörigen Lichtleitkabel des Kabels als Sensoreinheit verwendet, um den Lärm um die Lichtleitfaser herum in Echtzeit zu überwachen. Die erste Sensoreinheit bildet über dreiadrige Lichtleitfasern ein bidirektionales Mach-Zehnder-Interferometer mit gemeinsamem optischen Pfad, um vorläufig den Standortbereich des Fehlerpunkts zu bestimmen. Das verteilte Vibrationserfassungssystem scannt außerdem den Standortbereich, um die genaue Position des Fehlerpunkts zu bestimmen, wodurch die Erfassungsempfindlichkeit verbessert und der Datenverarbeitungsaufwand erheblich reduziert wird.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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- 1 ist ein strukturelles schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Darstellung von Ausführungsbeispielen
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1 ist ein strukturelles schematisches Diagramm einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Bezugnehmend auf 1 wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern bereitgestellt,umfassend einen Hauptlaser LD, einen ersten Fotodetektor PDF, einen zweiten Fotodetektor PDZ, einen Impulslaser LDM, einen dritten Fotodetektor PDM, eine erste Sensoreinheit und eine zweite Sensoreinheit.
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Die erste Sensoreinheit umfasst einen primären optischen Verzweigungskoppler 6, eine erste optische Zweiglichtleitfaser L1, eine zweite optische Zweiglichtleitfaser L2, eine erste optische Sensorfaser L3, einen optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs und einen optischen Verzweigungskoppler 7 des zweiten Zweigs. Die erste optische Zweiglichtleitfaser L1 und die zweite optische Zweiglichtleitfaser L2 sind parallel zwischen dem optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs und dem optischen Verzweigungskoppler 7 des zweiten Zweigs geschaltet. Das von den beiden Zweiglichtleitfasern entfernte Ende des optischen Verzweigungskopplers 8 des ersten Zweigs ist mit dem primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. Das von den beiden Zweiglichtleitfasern entfernte Ende des optischen Verzweigungskopplers 7 des zweiten Zweigs ist über die erste Sensorfaser L3 mit dem primären optischen Verzweigungskoppler 6 verbunden.
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Die zweite Sensoreinheit umfasst einen Zirkulator 9 und eine zweite optische Sensorfaser L4. Ein Ende der zweiten optischen Sensorfaser L4 ist mit dem Zirkulator 9 verbunden.
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Der Hauptlaser und der zweite Fotodetektor PDZ sind beide mit dem primären optischen Verzweigungskoppler 6 verbunden. Der erste Fotodetektor PDF ist mit dem optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs verbunden. Der Impulslaser LDM und der dritte Fotodetektor PDM sind beide mit dem Zirkulator 9 verbunden.
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In dieser Ausführungsbeispiel sind in der vorgeschlagenen Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern zwei optische Zweiglichtleitfasern parallel zwischen dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs und dem optischen Verzweigungskoppler des zweiten Zweigzweigs in der ersten Sensoreinheit geschaltet. Der optische Verzweigungskoppler des ersten Zweigs ist mit der primären optischen Verzweigungskoppler verbunden, und der optische Verzweigungskoppler des zweiten Zweigzweigs ist über die erste optische Sensorfaser mit der primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. In der zweiten Sensoreinheit ist ein Ende der zweiten optischen Sensorfaser mit dem Zirkulator verbunden. Sowohl der Hauptlaser als auch der zweite Fotodetektor sind mit der primären optischen Verzweigungskoppler verbunden. Der erste Fotodetektor PDF ist mit dem optischen Verzweigungskoppler des ersten Zweigs verbunden, und der Impulslaser und der dritte Fotodetektor PDM sind beide mit einem Zirkulator verbunden. Angesichts des Lärms, der bei einem Durchbruchs des Kables entsteht, wird der Ersatzlichtleitfaser im zugehörigen Lichtleitkabel des Kabels als Sensoreinheit verwendet, um den Lärm um die Lichtleitfaser herum in Echtzeit zu überwachen. Die erste Sensoreinheit bildet über dreiadrige Lichtleitfasern ein bidirektionales Mach-Zehnder-Interferometer mit gemeinsamem optischen Pfad, um vorläufig den Standortbereich des Fehlerpunkts zu bestimmen. Das verteilte Vibrationserfassungssystem scannt außerdem den Standortbereich, um die genaue Position des Fehlerpunkts zu bestimmen, wodurch die Erfassungsempfindlichkeit verbessert und der Datenverarbeitungsaufwand erheblich reduziert wird.
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Während des spezifischen Arbeitsprozesses der Vorrichtung zur Erkennung und Positionierung von Kabelfehlern dieser Ausführungsform gelangt der vom Hauptlaser LD ausgegebene Laserstrahl durch die Lichtleitfaser in den primären optischen Verzweigungskoppler 6 am vorderen Ende und wird gleichmäßig in zwei Pfade aufgeteilt. Einer der Laserstrahlen tritt in den optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs ein, und tritt dann in zwei Sensorfasern L1 und L2 ein, und erreicht dann den optischen Verzweigungskoppler 7 des zweiten Zweigs, um Interferenzlicht zu erzeugen. Nach der Rückkehr zu der primären optischen Verzweigungskoppler 6 entlang der ersten Sensorfaser L3 gelangt es in die Lichtleitfaser 2 und dann in den zweiten Fotodetektor PDZ der zentralen Signalverarbeitungseinheit, um ein vollständiges Lichtleitleiter-Interferometer zu bilden. Ein weiterer vom Hauptlaser LD über den primären optischen Verzweigungskoppler 6 geteilter Lichtstrahl wird nacheinander durch die erste Sensorfaser L3 übertragen und tritt in den optischen Verzweigungskoppler 7 des zweiten Zweigs ein, wird dann in zwei gleiche Lichtstrahlen aufgeteilt und tritt in die optischen Pfade L1 und L2 ein. Dann wird Interferenzlicht im optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs gebildet und durchläuft den ersten optischen Fotodetektor PDF, wodurch ein vollständiges Umkehrlichtleitleiter-Interferometer entsteht. Die optischen Pfade dieser beiden gegenüberliegend angeordneten Lichtleitleiter-Interferometer werden vollständig gemeinsam genutzt, wodurch die durch unterschiedliche optische Interferenzpfade verursachte Abweichung beseitigt werden kann. Obwohl die Interferenzarme des üblichen bidirektionalen MZ mit vier Lichtleitfasern gemeinsam genutzt werden, sind der einfallende optische Pfad zum optischen Gerät und der optische Ausgangspfad des Interferenzsignals zwei völlig unterschiedliche optische Pfade, sodass zwangsläufig eine gewisse systematische Abweichung im Signal auftritt Ausgabe. Diese Ausführungsform verwendet ein duales MZ-Interferenzsystem, das aus drei Interferenzarmen besteht, um diese Abweichung vollständig zu beseitigen.
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Tritt am Punkt P der entsprechenden Lichtleitfaser ein Kabelfehler auf, stört das dadurch erzeugte Störsignal die gemeinsamen Störarme L 1 und L2 der Doppelfaser MZ am Punkt P. Das Störsignal wird in zwei entgegengesetzte Richtungen übertragen. Eines erreicht den optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs rückwärts und gelangt dann über die Lichtleitfaser zum PDF-Fotodetektor. Nach der fotoelektrischen Umwandlung wird es digitalisiert und gespeichert. Gleichzeitig wird das andere zum optischen Verzweigungskoppler 7 des zweiten Zweigs weitergeleitet, um ein Interferenzlichtsignal zu bilden. Nachdem es den primären optischen Verzweigungskoppler 6 entlang des optischen Pfads L3 erreicht hat, gelangt es über die Lichtleitfaser 2 zum PDZ-Fotodetektor, wird fotoelektrisch umgewandelt und digitalisiert und dann zusammen mit den zuvor gespeicherten Daten berechnet, um die spezifische Position R zu berechnen.
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Da die vom MZ-System berechneten Positionsinformationen eine große Abweichung aufweisen, in der Regel ±50 Meter, kann die Reichweite auf ± 100 Meter verdoppelt werden. Gleichzeitig werden die Entfernungsinformationen und ihre Reichweite an das Rückstreu-Vibrationserkennungssystem mit schmaler Linienbreite übertragen. In diesem System sendet der Laser LDM der zentralen Signalverarbeitungseinheit Impulse an die Lichtleitfaser und wird über den Zirkulator 9 in die Lichtleitfaser L4 eingespeist. Nachdem das rückgestreute Licht zum Zirkulator 9 zurückgekehrt ist, gelangt es über die Lichtleitfaser in den PDM-Fotodetektor, wird einer fotoelektrischen Umwandlung unterzogen und in Daten DATAM umgewandelt. Anschließend werden Daten aus MATAM basierend auf den vom Dual-MZ erhaltenen Positionsinformationen und der Entfernung extrahiert, und dieselben durch den nächsten Impuls erhaltenen Daten werden differenziell berechnet, um genaue Positionsinformationen R mit einem Fehler von ± 1 Meter zu erhalten. Die durch die Doppelfaser-MZ erhaltene vorläufige Position und Reichweite reduzieren das Datenverarbeitungsvolumen des verteilten Vibrationssystems erheblich und reduzieren effektiv die Systembelastung. Gleichzeitig wird eine falsche Auswahl der Alarmschwelle aufgrund der exponentiellen Dämpfung des Signals mit der Faserlänge vermieden und mmögliche Fehlalarme oder verpasste Alarme im System im System vermieden.
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In dieser Ausführungsform kann der spezifische Demodulationsprozess des Störsignals basierend auf den folgenden zwei Prinzipien implementiert werden: 1) Laserpuls-Rückstreu-Autokohärenztechnologie mit schmaler Linienbreite,und 2) Doppelfaser-MZ-Interferenztechnologie. Im Einzelnen wird auf die Offenbarung des Patents
CN 110345389 A verwiesen.
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Um den Anschluss und die Anordnung der Vorrichtung zu erleichtern, bilden der Hauptlaser LD, der erste Fotodetektor PDF, der zweite Fotodetektor PDZ, der Impulslaser und der dritte Fotodetektor PDM zusammen einen Signalhost als Teil der zentralen Signalverarbeitungseinheit.
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Darüber hinaus bilden der primäre optische Verzweigungskoppler 6, der optische Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs und der Zirkulator 9 zusammen ein Front-End-Modul.
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Darüber hinaus bilden die zwei Zweiglichtleitfasern, die erste optische Sensorfaser L3 und die zweite optische Sensorfaser L4, zusammen ein optisches Sensorkabel 13. Im tatsächlichen Design können die Zweiglichtleitfaser und die Sensorfaser die freie Lichtleitfaser im begleitenden optischen Kabel verwenden, die vorab mit dem zu prüfenden Kabel vergraben ist, sodass das vorhandene optische Kabel zur vollständigen Erkennung von Kabelfehlern verwendet werden kann ohne dass eine zusätzliche Verkabelung erforderlich ist.
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In anderen spezifischen Ausführungsform umfasst die Erkennungsvorrichtung dieser Ausführungsform auch einen Phasenmodulator. Der Phasenmodulator ist zwischen dem optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs und der ersten Lichtleitfaser L1 oder der zweiten Lichtleitfaser L2 angeschlossen, um die Trägerwelle zu erhöhen, die Identifizierung zu erleichtern und die Signalempfindlichkeit zu erhöhen.
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Um die Erkennungssicherheit zu gewährleisten und den Einfluss von Rauschen zu reduzieren, ist zwischen dem zweiten Fotodetektor PDZ und dem primären optischen Verzweigungskoppler 6 ein Analysator vorgesehen. In ähnlicher Weise ist ein Analysator zwischen dem ersten Fotodetektor PDF und dem optischen Verzweigungskoppler 8 des ersten Zweigs vorgesehen.
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Es handelt sich lediglich um bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Jede gleichwertige Ersetzung oder Änderung, die von einer mit dem technischen Gebiet vertrauten Person auf der Grundlage der technischen Lösung und des erfinderischen Konzepts der vorliegenden Erfindung innerhalb des durch die vorliegende Erfindung offenbarten technischen Umfangs vorgenommen wird, fällt unter den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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