一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置及方法制造方法及图纸

技术编号：43234510 阅读：5 留言：0更新日期：2024-11-05 17:21

本发明专利技术公开了一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置及方法，涉及电缆监测技术领域，解决了现有技术中传统的电缆测温系统响应时间较长、安装和维护成本高、监测方法单一有限等问题。本发明专利技术在光纤环形腔衰荡解调系统基础上，引入了Bragg光栅温度传感器和基于碳纳米管涂覆的微纳光纤气体传感器，在频域中观察幅值变化进而观察温度和气体浓度变化，该方法能够进一步提升光纤双参量在线装置的精确度，精确测量电缆温度和热失控特征气体。总之，本发明专利技术利用FLRDS技术同时对电缆温度和热失控特征气体在线监测，通过监测两个相关参数，可以更准确地进行故障诊断，减少单一参数引起的误报情况，提高监测系统的准确性和可靠性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电缆监测，特别涉及一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置及方法。

技术介绍

1、电缆作为电力系统中重要的电能传输设备，给人们生产和生活带来了极大的便利。然而，由于电缆工作环境复杂、运行条件各异，火灾事故时有发生。电缆火灾通常是由于电缆过热引起的。在正常运行过程中，电缆会产生一定的热量，这是由电流通过导体时产生的电阻引起的。然而，当电缆负载过高或存在故障时，电缆温度可能升高到危险的水平，进而引发电缆的热失控现象。电缆热失控可能导致电缆绝缘材料老化和破坏，甚至引发火灾和爆炸。此外，过高的温度还会对电缆附近的其他设备和结构造成损害，导致电力系统的故障和停电。因此，监测电缆温度的变化是预防电缆热失控的关键措施之一。及时监测电缆的温度变化可以帮助发现潜在的问题，并采取适当的措施来预防火灾和其他事故的发生。

2、传统的温度监测方法，如热敏电阻和热电偶，已经广泛应用于电缆监测。除了温度监测，特征气体的监测也是电缆热失控的重要指标之一。当电缆发生热失控时，通常会产生一些有毒或可燃的特征气体。通过监测和分析这些特征气体的类型、浓度和变化趋势，可以提前发现电缆的异常情况，以便及时采取措施防止事故的发生。目前电缆热失控特征参量常采用温度(热电偶式)、气体(电化学式)传感器进行监测，但上述传感器存在体积较大、精度较低、长期监测可靠性差等问题，并且传统检测方法往往是基于单一参数，缺乏全面综合多参数监测的方法，用于对大规模的电缆监测并不现实。

3、鉴于此，需要一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置及方法。

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技术实现思路

1、针对现有技术中传统的电缆测温系统响应时间较长、安装和维护成本高、监测方法单一有限的问题，本专利技术提供了一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置及方法，能够结合bragg光栅温度传感器和镀膜微纳光纤气体传感器特点，利用flrds技术同时对电缆温度和热失控特征气体(co)在线监测，通过监测两个相关参数，可以更准确地进行故障诊断，减少单一参数引起的误报情况，提高监测系统的准确性和可靠性。此外，光纤还有抗电磁辐射性强、耐腐蚀性高、承受温度高、高灵敏性、传导速度快的性能特点，即使在恶劣环境下也可以正常使用。具体技术方案如下：

2、一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，包括函数信号发生器、激光器、光纤环、碳纳米管光纤气体传感器、bragg光栅温度传感器、光电探测器和上位机；

3、所述函数信号发生器与所述激光器连接，所述激光器与所述光纤环连接，所述碳纳米管光纤气体传感器和所述bragg光栅温度传感器设置在所述光纤环上，且所述光纤环还与所述光电探测器连接，所述光电探测器与所述上位机连接；

4、所述函数信号发生器用于发出特定频率和幅度的电信号，驱动激光器；所述激光器用于发出特定波长的激光，激发bragg光栅温度传感器和碳纳米管光纤气体传感器工作；所述光纤环构建一个光学腔体，用于产生特定频率的腔衰荡；所述bragg光栅温度传感器用于探测电缆温度变化；所述碳纳米管光纤气体传感器用于对热失控特征气体检测；所述光电探测器用于将来自光纤中的光信号转换为电信号；所述上位机用于处理光电探测器传输的信号，对电缆温度和热失控特征气体进行实时监测。

5、优选的，还包括光纤隔离器，所述光纤隔离器设置在所述激光器和所述光纤环之间，用于保护光路，防止光逆向传输至激光器中。

6、优选的，所述光纤环有两个，两个所述光纤环均分别与所述激光器连接，且其中一个光纤环与所述bragg光栅温度传感器连接，另一个光纤环与所述碳纳米管光纤气体传感器连接。

7、优选的，还包括光纤延迟线，所述光纤延迟线设置在两个所述光纤环之间，两个所述光纤环中的一个直接与所述激光器连接，另一个所述光纤环通过所述光纤延迟线再与所述激光器连接，所述光纤延迟线用于防止两种输出信号重叠。

8、优选的，还包括合束器，所述合束器的输入端分别与两个所述光纤环的输出端连接，所述合束器的输出端与所述光电探测器连接，所述合束器用于耦合两种输出光信号。

9、优选的，还包括单模光纤，所述单模光纤设置在所述激光器与所述光纤隔离器之间，用于光信号传输和连接电缆。

10、一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测方法，应用于如上所述的装置，包括以下步骤：

11、打开激光器，使激光器发出能够激发bragg光栅传感器的激光；

12、打开光电探测器和上位机；

13、电缆开始初期热失控时，光纤传感器受到温度和气体浓度变化，由于光纤环长度不同，导致两个环形腔产生不同的特定频率衰荡信号；

14、通过上位机读取并记录衰荡信号，并将收集的衰荡信号进行傅里叶变换，在频域中将两种不同的频率衰荡信号分离和提取，观察频域中两种信号的幅值变化，即获得电缆温度和热失控特征气体浓度双参量造成的变化。

15、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如上所述的基于光纤传感的电缆双参量在线监测方法。

16、一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，程序运行时如上所述的基于光纤传感的电缆双参量在线监测方法。

17、与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：

18、本专利技术包括函数信号发生器、激光器、单模光纤、光纤隔离器、延迟线、光纤环、bragg光栅温度传感器、碳纳米管光纤气体传感器、合束器、光电探测器和上位机。其在光纤环形腔衰荡解调系统基础上，引入了bragg光栅温度传感器和基于碳纳米管涂覆的微纳光纤气体传感器，使用傅里叶变换对两组监测信号进行频域变换，在频域中观察幅值变化进而观察温度和气体浓度(co)变化，该方法能够进一步提升光纤双参量在线装置的精确度，精确测量电缆温度和热失控特征气体。总之，本专利技术结合bragg光栅温度传感器和镀膜微纳光纤气体传感器特点，利用flrds技术同时对电缆温度和热失控特征气体(co)在线监测，通过监测两个相关参数，可以更准确地进行故障诊断，减少单一参数引起的误报情况，提高监测系统的准确性和可靠性。此外，光纤还有抗电磁辐射性强、耐腐蚀性高、承受温度高、高灵敏性、传导速度快的性能特点，即使在恶劣环境下也可以正常使用。

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【技术保护点】

1.一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，包括函数信号发生器(1)、激光器(2)、光纤环(5)、碳纳米管光纤气体传感器(7)、Bragg光栅温度传感器(8)、光电探测器(10)和上位机(11)；

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，还包括光纤隔离器(4)，所述光纤隔离器(4)设置在所述激光器(2)和所述光纤环(5)之间，用于保护光路，防止光逆向传输至激光器(2)中。

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，所述光纤环(5)有两个，两个所述光纤环(5)均分别与所述激光器(2)连接，且其中一个光纤环(5)与所述Bragg光栅温度传感器(8)连接，另一个光纤环(5)与所述碳纳米管光纤气体传感器(7)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，还包括光纤延迟线(6)，所述光纤延迟线(6)设置在两个所述光纤环(5)之间，两个所述光纤环(5)中的一个直接与所述激光器(2)连接，另一个所述光纤环(5)通过所述光纤延迟线(6

5.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，还包括合束器(9)，所述合束器(9)的输入端分别与两个所述光纤环(5)的输出端连接，所述合束器(9)的输出端与所述光电探测器(10)连接，所述合束器(9)用于耦合两种输出光信号。

6.根据权利要求2所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，还包括单模光纤(3)，所述单模光纤(3)设置在所述激光器(2)与所述光纤隔离器(4)之间，用于光信号传输和连接电缆。

7.一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一所述的装置，包括以下步骤：

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的程序，其中，在程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求7所述的基于光纤传感的电缆双参量在线监测方法。

9.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，程序运行时执行权利要求7所述的基于光纤传感的电缆双参量在线监测方法。

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【技术特征摘要】

1.一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，包括函数信号发生器(1)、激光器(2)、光纤环(5)、碳纳米管光纤气体传感器(7)、bragg光栅温度传感器(8)、光电探测器(10)和上位机(11)；

3.根据权利要求1所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，所述光纤环(5)有两个，两个所述光纤环(5)均分别与所述激光器(2)连接，且其中一个光纤环(5)与所述bragg光栅温度传感器(8)连接，另一个光纤环(5)与所述碳纳米管光纤气体传感器(7)连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于光纤传感的电缆双参量在线监测装置，其特征在于，还包括光纤延迟线(6)，所述光纤延迟线(6)设置在两个所述光纤环(5)之间，两个所述光纤环(5)中的一个直接与所述激光器(2)连接，另一个所述光纤环(5)通过所述光纤延迟线(6)再与所述激...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘英龙，陈弋，王珂，李显旺，郭剑，黄志都，卢胜标，龚兴，石峰浪，卢炳轴，赖健，韩胜，林家鑫，黎高扬，黄永克，张宪，王双喜，
申请(专利权)人：广西电网有限责任公司南宁供电局，
类型：发明
国别省市：

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