一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统，包括第一主机和第二主机，第一主机与第二主机以两条光纤复合架空地线相连，其中：第一主机的第一光源、第一环形器、第一滤波器、第一检偏器、第一光电探测器位次相连，第二主机的第二光源、第二环形器、第二滤波器、第二检偏器和第一主机中的第二光电探测器依次相连；第一和第二光电探测与高速采集卡相连，高速采集卡与上位机相连；所述第一光源发出第一波长的直流光信号，第二光源发出第二波长的直流光信号，第一波长与第二波长不同。本发明专利技术基于双端对射单端检测的方法实现雷电定位和信号采集，由此解决传统双端法对两端对时系统要求较高及单端法中存在测量死区的技术问题。

An optical fiber polarization sensing lightning location system and method based on space division multiplexing

【技术实现步骤摘要】
一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统及方法
本专利技术属于光纤传感
，更具体地，涉及一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统。
技术介绍
光纤复合架空地线（OpticalFiberCompositeOverheadGroundWire，OPGW）是近年来兴起的一种新型地线，既用作避雷线又可用作通信干线。由于其自身可以通信的特性，可通过OPGW自身来进行雷电定位。目前国内外针对基于OPGW的输电线路雷电检测研究较少，主要是日本科学家进行了部分理论研究，并产生了两大技术方向，一种是基于布里渊散射的传感技术，另一种是基于光偏振态的传感技术。其中第一种方法进行了基于布里渊光时域反射计的雷电定位系统研究，其基本原理是温度变化时光信号会发生布里渊散射频移效应，根据雷电时的温度升高造成OPGW光信号的变化来实现雷电定位。但是外界温度或应力的变化也会对OPGW上光信号的布里渊散射频移效应产生较为显著的影响，使得此方法的抗干扰能力较差，因此目前仍处于理论研究，缺乏实际可行性。第二种方法基于OPGW光偏振态的传感技术，目前主要停留在理论阶段且缺少实际论证。从光偏振态的表示和测量方法入手，在理论上介绍了基于OPGW光偏振态实现雷电定位的可能性，但是缺乏实验论证。还有学者进行了雷电模拟试验，验证了基于OPGW光偏振态实现雷电定位的可行性，但是试验类型过于单一，且无理论分析。基于OPGW光偏振态实现雷电定位一般有双端法和单端法。在双端法中，若在输电线路的OPGW上施加连续的偏振光信号，并在OPGW的两端通过光电检测装置，实时检测OPGW上光信号的偏振态，在发生雷电时通过两端得到的偏振态突变信号的时间差，即可实现输电线路的雷电定位。然而，双端法一般需要在双端对信号进行采集，采集到的数据需要进行时间对准：由于光速很快，即使1μs的时间误差对应100m的空间定位误差，因此这对对时系统要求较高。为了解决以上问题，专利（CN109270346A）提出了一种单端法来实现雷电定位，其基本原理如图1所示，单端法的发信与测量工作都在一端完成，行波信号从本端发出，到达对端后通过一段较长的时延光纤再沿原来的路径返回，通过测量故障行波在故障点与本端和故障点到对端后再传至本端之间的时间差，实现故障定位。单端法原理简单，不存在双端法中遇到的两端同步问题。但是，单端法存在一个较大的缺陷：即当故障行波信号的波尾较长时（雷电的放电时间可以达到2ms左右），本端信号的波尾会与对端信号的波头发生重叠，造成难以确定信号波头时间的困难，从而产生较大的测量死区，给行波故障定位造成很大的局限性。如图2所示为单端法测距过程中出现本侧与对侧信号发生重叠的情况。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统及方法，其目的在于基于双端法实现雷电位置的检测，由此解决双端法对两端对时系统要求较高及单端法中存在测量死区的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统，包括第一主机和第二主机，第一主机与第二主机以光纤复合架空地线（OPGW）相连，其中：第一主机包含：上位机、高速采集卡、第一光源、第一环形器、第一滤波器、第一检偏器、第一光电探测器和第二光电探测器；第二主机包括第二光源、第二环形器、第二滤波器和第二检偏器；所述第一光源通过光纤与第一环形器的第一端口相连，第一环形器的第二端口通过第一OPGW光纤与第二环形器的第二端口相连，第一环形器的第三端口通过光纤与第一滤波器相连，第一滤波器通过光纤与第一检偏器相连，第一检偏器通过光纤与第一光电探测器相连，第一光电探测器通过同轴电缆与高速采集卡相连；所述第二光源通过光纤与第二环形器的第一端口相连，第二环形器的第三端口通过光纤与第二滤波器相连，第二滤波器通过光纤与第二检偏器相连，第二检偏器通过第二OPGW光纤与第二光电探测器相连，第二光电探测器通过同轴电缆与高速采集卡相连；所述高速采集卡与上位机相连；所述第一光源发出第一波长的直流光信号，第二光源发出第二波长的直流光信号，第一波长与第二波长不同。本专利技术的一个实施例中，在所述第一光源和第一环形器的第一端口之间还有第一掺饵光纤放大器，第一光源通过光纤与第一掺饵光纤放大器相连，第一掺饵光纤放大器通过光纤与第一环形器的第一端口相连。本专利技术的一个实施例中，在所述第二光源和第二环形器的第一端口之间还有第二掺饵光纤放大器，第二光源通过光纤与第二掺饵光纤放大器相连，第二掺饵光纤放大器通过光纤与第二环形器的第一端口相连。本专利技术的一个实施例中，所述高速采集卡安装在上位机上并分别用不同的采集端口与第一光电探测器和第二光电探测器以同轴电缆相连。本专利技术的一个实施例中，所述第一主机与第二主机分别部署在OPGW两端的不同变电站。本专利技术的一个实施例中，所述高速采集卡用于将第一光电探测器和第二光电探测器检测到的光强模拟电信号转化为数字信号，然后传输给上位机进行处理。本专利技术的一个实施例中，所述第一滤波器可通过第二波长的光信号，用于滤除第一OPGW光纤中第一波长光信号的后向散射光，第二滤波器可通过第一波长的光信号，用于滤除第一OPGW光纤中第二波长光信号的后向散射光。本专利技术的一个实施例中，所述第一光源与第二光源均为激光直流光源。本专利技术的一个实施例中，所述第一滤波器和第二滤波器均替换为波分复用器。按照本专利技术的另一方面，提供了一种基于上述基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统的定位方法：通过上位机测量得到第一波长与第二波长两束光的偏振态变化时差t，由距离公式L-Lx+L-Lx=c*t，得到Lx=L-c*t/2；其中，L为第一主机与第二主机之间的距离，Lx为雷电位置与第一主机距离，第一波长光信号偏振态变化后所传播到达第二光电探测器的总光程为L-Lx+L，第二波长光信号偏振态变化后所传播到达第一光电探测器的总光程为Lx，c为光在光纤中的传播速度。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：（1）本专利技术基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统中省去了对时系统，消除了对时误差。并且只需在输电线路两端的变电站设置检测主机检测光信号的偏振态变化即可，无需装设另外的传感器与通信装置，可以大大的减少雷电定位方案的成本；（2）本专利技术是一种双端法的实现方案，双端法中两路光信号相互独立，因此不存在单端法中的信号重叠淹没，可以对整条输电线路进行雷电定位。其相对于单端法不存在测量死区，可覆盖全线路；（3）本专利技术相对于单端法没有使用延时光纤，可延长测量距离。由于光信号在OPGW上传播时，随着传播距离的增大会逐步衰减，因此需要限定光信号的传播距离以保障通信质量。单端法中光信号需要在线路上来回传播，从而缩减了测量覆盖距离；而双端法中偏振光信号只需要从一端传至另一端，与单端法相比衰减较小，故测量距离更长；（4）本专利技术也因为没有使用延时光纤使得定位更加准确。在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统，其特征在于，包括第一主机和第二主机，第一主机与第二主机以光纤复合架空地线（OPGW）相连，其中：/n第一主机包含：上位机、高速采集卡、第一光源、第一环形器、第一滤波器、第一检偏器、第一光电探测器和第二光电探测器；第二主机包括第二光源、第二环形器、第二滤波器和第二检偏器；/n所述第一光源通过光纤与第一环形器的第一端口相连，第一环形器的第二端口通过第一OPGW光纤与第二环形器的第二端口相连，第一环形器的第三端口通过光纤与第一滤波器相连，第一滤波器通过光纤与第一检偏器相连，第一检偏器通过光纤与第一光电探测器相连，第一光电探测器通过同轴电缆与高速采集卡相连；/n所述第二光源通过光纤与第二环形器的第一端口相连，第二环形器的第三端口通过光纤与第二滤波器相连，第二滤波器通过光纤与第二检偏器相连，第二检偏器通过第二OPGW光纤与第二光电探测器相连，第二光电探测器通过同轴电缆与高速采集卡相连；所述高速采集卡与上位机相连；/n所述第一光源发出第一波长的直流光信号，第二光源发出第二波长的直流光信号，第一波长与第二波长不同。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统，其特征在于，包括第一主机和第二主机，第一主机与第二主机以光纤复合架空地线（OPGW）相连，其中：
第一主机包含：上位机、高速采集卡、第一光源、第一环形器、第一滤波器、第一检偏器、第一光电探测器和第二光电探测器；第二主机包括第二光源、第二环形器、第二滤波器和第二检偏器；
所述第一光源通过光纤与第一环形器的第一端口相连，第一环形器的第二端口通过第一OPGW光纤与第二环形器的第二端口相连，第一环形器的第三端口通过光纤与第一滤波器相连，第一滤波器通过光纤与第一检偏器相连，第一检偏器通过光纤与第一光电探测器相连，第一光电探测器通过同轴电缆与高速采集卡相连；
所述第二光源通过光纤与第二环形器的第一端口相连，第二环形器的第三端口通过光纤与第二滤波器相连，第二滤波器通过光纤与第二检偏器相连，第二检偏器通过第二OPGW光纤与第二光电探测器相连，第二光电探测器通过同轴电缆与高速采集卡相连；所述高速采集卡与上位机相连；
所述第一光源发出第一波长的直流光信号，第二光源发出第二波长的直流光信号，第一波长与第二波长不同。


2.如权利要求1所述的基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统，其特征在于，在所述第一光源和第一环形器的第一端口之间还有第一掺饵光纤放大器，第一光源通过光纤与第一掺饵光纤放大器相连，第一掺饵光纤放大器通过光纤与第一环形器的第一端口相连。


3.如权利要求1或2所述的基于空分复用的光纤偏振传感雷电定位系统，其特征在于，在所述第二光源和第二环形器的第一端口之间还有第二掺饵光纤放大器，第二光源通过光纤与第二掺饵光纤放大器相连，第二掺饵光纤放大器通过光纤与第二环形器的第一端口相连。


4.如权利要求1或2所述的基于空分复用的光纤偏振传感...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪峰，唐明，吴昊，赵灿，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42