單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置制造方法及圖紙

本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)提供的單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置，包括基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，光OFDM信號(hào)發(fā)生模塊，OFDM檢測(cè)模塊和信號(hào)處理模塊；其中基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括激光器、耦合器、第一電光調(diào)制器和第二電光調(diào)制器、放大器、光濾波器、脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器、環(huán)形器、和纏繞著作為傳感光纖的單模光纖的變壓器繞阻；所述光OFDM發(fā)生模塊包括OFDM信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)模塊；所述OFDM檢測(cè)模塊包括檢測(cè)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信道估計(jì)模塊。本發(fā)明專(zhuān)利技術(shù)能夠提高測(cè)量時(shí)間和精度，擴(kuò)大測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，提升分布式傳感系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置
本專(zhuān)利技術(shù)涉及光纖的測(cè)量
，特別涉及一種分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量>J-U ρ α裝直。
技術(shù)介紹
在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會(huì)需要對(duì)電纜、風(fēng)電設(shè)備等長(zhǎng)期暴露在大氣中的設(shè)備的某些參數(shù)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，例如，高溫、火災(zāi)是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的常見(jiàn)事故。所以溫度在線監(jiān)測(cè)的質(zhì)量是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中很重要的一個(gè)方面，如果能在安全事故發(fā)生早期通過(guò)溫度測(cè)量進(jìn)行預(yù)警并迅速采取措施，就能有效避免此類(lèi)安全事故。傳統(tǒng)的測(cè)溫方法是將點(diǎn)式感溫元件如熱電偶裝在電纜或電力系統(tǒng)重要部位進(jìn)行測(cè)溫，或使用光纖光柵和準(zhǔn)分布式測(cè)量的方法進(jìn)行測(cè)溫。但是這些測(cè)溫方法只能對(duì)電力系統(tǒng)局部位置進(jìn)行測(cè)溫，而無(wú)法對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測(cè)，且在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面都有一定的缺陷。而分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)、在線的分布式測(cè)量。分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)利用光纖即可感知溫度信息又可傳輸溫度信息，具有耐高溫、防電磁輻射、高帶寬等特點(diǎn)，從而大幅提升了溫度分辨率和空間分辨率，有效地解決了長(zhǎng)期以來(lái)現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的高溫、燃燒、爆炸等事故應(yīng)急不備的問(wèn)題。在電力系統(tǒng)中，在高壓電力電纜、電氣設(shè)備因接觸不良易產(chǎn)生發(fā)熱的部位、電纜夾層、電纜通道、大型發(fā)電機(jī)定子、大型變壓器、鍋爐等設(shè)施的溫度定點(diǎn)傳感場(chǎng)合，這種光纖傳感技術(shù)具有廣泛應(yīng)用前景。在分布式光纖測(cè)溫技術(shù)中，主要有基于拉曼散射的分布式光纖傳感技術(shù)、基于布里淵光時(shí)域反射(BOTDR)技術(shù)的分布式光纖傳感技術(shù)和基于布里淵光時(shí)域分析(BOTDA)技術(shù)的分布式光纖傳感技術(shù)。在基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖且采用直接檢測(cè)方法獲取布里淵頻移的技術(shù)中，如圖1所示，從光纖的兩端分別注入一脈沖光(泵浦光)與一連續(xù)光(探測(cè)光)在光纖的鋪設(shè)路徑上，由于溫度、應(yīng)力等參數(shù)不同，相同波長(zhǎng)的泵浦光激發(fā)的布里淵散射頻移也不同。當(dāng)泵浦光與探測(cè)光的頻率差與布里淵頻移相等時(shí)，兩束光之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，布里淵波長(zhǎng)上的光就會(huì)被放大，即在該位置產(chǎn)生了布里淵放大效應(yīng)。當(dāng)對(duì)一個(gè)激光波長(zhǎng)進(jìn)行掃描時(shí)，通過(guò)檢測(cè)從光纖一端耦合出來(lái)的連續(xù)光功率，就可以確定光纖各小段區(qū)域上能量轉(zhuǎn)移達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率差。由于布里淵頻移與溫度、應(yīng)力等參數(shù)呈線性關(guān)系，因此，對(duì)激光器的頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的時(shí)候，就可以得到需要測(cè)量的各種信息，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量。實(shí)際運(yùn)用中可以采用電光調(diào)制器對(duì)探測(cè)光或者泵浦光的頻率在布里淵頻移波段(約為10.SGHz 11.1GHz)進(jìn)行掃描，以繪制布里淵增益/損耗譜。可是該技術(shù)存在以下問(wèn)題:⑴光源穩(wěn)頻要求高；(2)由于需要分析點(diǎn)數(shù)非常多，為提高測(cè)試靈敏度，需要多次平均，因此測(cè)試時(shí)間非常長(zhǎng)；(3)增益型傳感方式會(huì)引起泵浦光能量急劇降低，難以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離檢測(cè)。在基于微波外調(diào)制 的損耗型BOTDA分布式光纖傳感技術(shù)中，參考圖2所示的基于微波外調(diào)制的損耗型BOTDA分布式光纖傳感技術(shù)的微波外調(diào)制BOTDA光纖傳感系統(tǒng)不意圖，基于微波外調(diào)制的BOTDA系統(tǒng)只需要一個(gè)激光器作為光源，將激光器輸出光分成兩路，通過(guò)調(diào)節(jié)探測(cè)光調(diào)制信號(hào)的頻率實(shí)現(xiàn)對(duì)被測(cè)光纖區(qū)域的掃描，以此確定布里淵頻移的改變量并獲得溫度、應(yīng)力等參數(shù)的傳感信息。損耗型是指連續(xù)探測(cè)光頻率高于脈沖光頻率，探測(cè)光的能量向脈沖光轉(zhuǎn)移，這種傳感方式使脈沖光能量升高，不存在泵浦耗盡現(xiàn)象，從而能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離的檢測(cè)。參考圖2所不的基于微波外調(diào)制的損耗型BOTDA分布式光纖傳感技術(shù)的微波外調(diào)制BOTDA光纖傳感系統(tǒng)示意圖，系統(tǒng)基本原理:在傳感光纖兩端分別入射短脈沖光與連續(xù)探測(cè)光，當(dāng)兩者的頻率差與光纖中某區(qū)域的布里淵頻移u B相等時(shí)，則在該區(qū)域就會(huì)產(chǎn)生受激布里淵散射(SBS)放大效應(yīng)，兩光束之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移。由于布里淵頻移與需要測(cè)量的參數(shù)存在線性關(guān)系，因此，在對(duì)激光器的頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的同時(shí)，通過(guò)檢測(cè)從光纖一端耦合出來(lái)的探測(cè)光，就可以確定光纖各小段區(qū)域上能量轉(zhuǎn)移達(dá)到最大時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率差。從而得到傳感光纖上需測(cè)量參數(shù)的信息，實(shí)現(xiàn)分布式測(cè)量。基于微波外調(diào)制的損耗型BOTDA分布式光纖傳感技術(shù)主要有以下技術(shù)缺陷:(I)單端方案不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感；(2)為提高測(cè)量精度，需要測(cè)量多個(gè)頻點(diǎn)，多次平均，因此測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)；(3)該方案因?yàn)橐獙?duì)大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備及環(huán)境要求很聞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
針對(duì)上述問(wèn)題，本專(zhuān)利技術(shù)提供一種單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的測(cè)量裝置，監(jiān)控變壓器繞組或者區(qū)域性較小的分布式測(cè)量參數(shù)，能夠提高測(cè)量時(shí)間和精度，擴(kuò)大測(cè)量的動(dòng)態(tài)范圍，提升分布式傳感系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時(shí)性。本專(zhuān)利技術(shù)提供的單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置，包括基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，光OFDM信號(hào)發(fā)生模塊，OFDM檢測(cè)模塊和信號(hào)處理模塊；其中基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括激光器、稱(chēng)合器、第一電光調(diào)制器和第二電光調(diào)制器、放大器、光濾波器`、脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器、環(huán)形器、和纏繞著作為傳感光纖的單模光纖的變壓器繞阻；所述光OFDM發(fā)生模塊包括OFDM信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)模塊；所述OFDM檢測(cè)模塊包括檢測(cè)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信道估計(jì)模塊；所述激光器產(chǎn)生激光，利用所述耦合器將所述激光器產(chǎn)生的激光分成兩路激光，所述第一電光調(diào)制器將其中一路激光與所述脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器生成的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成泵浦光；所述OFDM信號(hào)發(fā)生模塊生成的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述第二電光調(diào)制器將另一路激光與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換后的OFDM信號(hào)調(diào)制為帶有光載波的光OFDM信號(hào)，所述光濾波器將所述光OFDM信號(hào)的一個(gè)邊帶濾除生成單邊帶光OFDM信號(hào)，所述單邊帶光OFDM信號(hào)作為探測(cè)光進(jìn)入所述變壓器繞組，經(jīng)過(guò)布里淵增益之后再通過(guò)所述環(huán)行器進(jìn)入所述檢測(cè)模塊，得到電OFDM信號(hào)，通過(guò)所述模數(shù)變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)信道估計(jì)模塊得出沿光纖軸向分布式的布里淵頻移，從而得出分布式的變壓器繞組的待測(cè)參數(shù)。作為一個(gè)實(shí)施例，所述放大器為摻餌放大器。作為一個(gè)實(shí)施例，所述信號(hào)處理模塊還用于對(duì)所述待測(cè)參數(shù)信息進(jìn)行顯示。作為一個(gè)實(shí)施例，所述檢測(cè)模塊為光電檢測(cè)器。作為一個(gè)實(shí)施例，所述檢測(cè)模塊為相干接收機(jī)。使用本專(zhuān)利技術(shù)相比較于現(xiàn)有技術(shù)，解決了現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)量精度低的問(wèn)題，也可以解決現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量范圍受限制的問(wèn)題，進(jìn)一步解決了現(xiàn)有技術(shù)測(cè)量結(jié)果的單一性問(wèn)題。此外，在本專(zhuān)利技術(shù)采用光OFDM信號(hào)取代單束激光作為BOTDA系統(tǒng)中的探測(cè)光，其可以大大的增加掃描速度，一次性完成多個(gè)頻點(diǎn)的掃描，從而解決了現(xiàn)有技術(shù)單點(diǎn)單頻掃描速度慢和單頻掃描精度不高的缺點(diǎn)；可以大大提高測(cè)量動(dòng)態(tài)范圍。本專(zhuān)利技術(shù)可簡(jiǎn)化傳統(tǒng)方式中的平均過(guò)程，降低系統(tǒng)計(jì)算復(fù)雜度，減少檢測(cè)時(shí)間；解決了現(xiàn)有技術(shù)不能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的缺點(diǎn)。附圖說(shuō)明圖1是基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感且采用直接檢測(cè)方法獲取布里淵頻移的技術(shù)的原理圖；圖2是基于微波外調(diào)制的損耗型BOTDA分布式光纖傳感技術(shù)的微波外調(diào)制BOTDA光纖傳感系統(tǒng)示意圖；圖3是本專(zhuān)利技術(shù)單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置的邏輯框圖；圖4是含有5個(gè)子載波的光OFDM信號(hào)的示意圖；圖5是本專(zhuān)利技術(shù)相干檢測(cè)單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置的邏輯框圖。具體實(shí)施方式以下結(jié)合附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本專(zhuān)利技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)的測(cè)量裝置，下面僅僅作為示例來(lái)說(shuō)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地知曉，只要符合本專(zhuān)利技術(shù)思想的本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，包括基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，光OFDM信號(hào)發(fā)生模塊，OFDM檢測(cè)模塊和信號(hào)處理模塊；其中基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括激光器、耦合器、第一電光調(diào)制器和第二電光調(diào)制器、放大器、光濾波器、脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器、環(huán)形器、和纏繞著作為傳感光纖的單模光纖的變壓器繞阻；所述光OFDM發(fā)生模塊包括OFDM信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)模塊；所述OFDM檢測(cè)模塊包括檢測(cè)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信道估計(jì)模塊；所述激光器產(chǎn)生激光，利用所述耦合器將所述激光器產(chǎn)生的激光分成兩路激光，所述第一電光調(diào)制器將其中一路激光與所述脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器生成的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成泵浦光；所述OFDM信號(hào)發(fā)生模塊生成的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述第二電光調(diào)制器將另一路激光與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換后的OFDM信號(hào)調(diào)制為帶有光載波的光OFDM信號(hào)，所述光濾波器將所述光OFDM信號(hào)的一個(gè)邊帶濾除生成單邊帶光OFDM信號(hào)，所述單邊帶光OFDM信號(hào)作為探測(cè)光進(jìn)入所述變壓器繞組，經(jīng)過(guò)布里淵增益之后再通過(guò)所述環(huán)行器進(jìn)入所述檢測(cè)模塊，得到電OFDM信號(hào)，通過(guò)所述模數(shù)變換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)信道估計(jì)模塊得出沿光纖軸向分布式的布里淵頻移，從而得出分布式的變壓器繞組的待測(cè)參數(shù)。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測(cè)量裝置，其特征在于，包括基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)，光OFDM信號(hào)發(fā)生模塊，OFDM檢測(cè)模塊和信號(hào)處理模塊； 其中基于BOTDA技術(shù)的分布式光纖傳感系統(tǒng)包括激光器、稱(chēng)合器、第一電光調(diào)制器和第二電光調(diào)制器、放大器、光濾波器、脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器、環(huán)形器、和纏繞著作為傳感光纖的單模光纖的變壓器繞阻； 所述光OFDM發(fā)生模塊包括OFDM信號(hào)發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)模塊；所述OFDM檢測(cè)模塊包括檢測(cè)模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和信道估計(jì)模塊； 所述激光器產(chǎn)生激光，利用所述耦合器將所述激光器產(chǎn)生的激光分成兩路激光，所述第一電光調(diào)制器將其中一路激光與所述脈沖/隨機(jī)序列發(fā)生器生成的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，生成泵浦光；所述OFDM信號(hào)發(fā)生模塊生成的數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換后通過(guò)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)所述第二電光調(diào)制器將另一路激光與所述數(shù)模轉(zhuǎn)換后的OFDM信號(hào)調(diào)...

【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：何杰，蔣康明，吳贊紅，劉新展，楊旭，范繼新，汪瑩，張珮明，付佳佳，余子勇，彭志榮，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：廣東電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心，廣東電網(wǎng)公司江門(mén)供電局，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：