[發(fā)明專利]單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測量裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310018033.4
• 申請日: 2013-01-17
• 公開（公告）號: CN103076112A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 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（專利權(quán)）人: 廣東電網(wǎng)公司電力調(diào)度控制中心;廣東電網(wǎng)公司江門供電局
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 廣州華進(jìn)聯(lián)合專利商標(biāo)代理有限公司 44224
• 代理人: 王茹;曾旻輝

【技術(shù)領(lǐng)域】

本發(fā)明涉及光纖的測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種分布式光纖傳感系統(tǒng)的參數(shù)測量裝置。

【背景技術(shù)】

在電力系統(tǒng)中，經(jīng)常會需要對電纜、風(fēng)電設(shè)備等長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，例如，高溫、火災(zāi)是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行的常見事故。所以溫度在線監(jiān)測的質(zhì)量是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中很重要的一個方面，如果能在安全事故發(fā)生早期通過溫度測量進(jìn)行預(yù)警并迅速采取措施，就能有效避免此類安全事故。傳統(tǒng)的測溫方法是將點(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)行測溫，或使用光纖光柵和準(zhǔn)分布式測量的方法進(jìn)行測溫。但是這些測溫方法只能對電力系統(tǒng)局部位置進(jìn)行測溫，而無法對整個電力系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度在線監(jiān)測，且在經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性方面都有一定的缺陷。而分布式光纖測溫系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)、在線的分布式測量。分布式光纖測溫系統(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，有效地解決了長期以來現(xiàn)場出現(xiàn)的高溫、燃燒、爆炸等事故應(yīng)急不備的問題。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)泵浦光與探測光的頻率差與布里淵頻移相等時，兩束光之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)移，布里淵波長上的光就會被放大，即在該位置產(chǎn)生了布里淵放大效應(yīng)。當(dāng)對一個激光波長進(jìn)行掃描時，通過檢測從光纖一端耦合出來的連續(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)到最大時所對應(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，對激光器的頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的時候，就可以得到需要測量的各種信息，實(shí)現(xiàn)分布式測量。實(shí)際運(yùn)用中可以采用電光調(diào)制器對探測光或者泵浦光的頻率在布里淵頻移波段（約為10.8GHz～11.1GHz）進(jìn)行掃描，以繪制布里淵增益/損耗譜。可是該技術(shù)存在以下問題：(1)光源穩(wěn)頻要求高；(2)由于需要分析點(diǎn)數(shù)非常多，為提高測試靈敏度，需要多次平均，因此測試時間非常長；(3)增益型傳感方式會引起泵浦光能量急劇降低，難以實(shí)現(xiàn)長距離檢測。

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)示意圖，基于微波外調(diào)制的BOTDA系統(tǒng)只需要一個激光器作為光源，將激光器輸出光分成兩路，通過調(diào)節(jié)探測光調(diào)制信號的頻率實(shí)現(xiàn)對被測光纖區(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)探測光頻率高于脈沖光頻率，探測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)長距離的檢測。

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)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)探測光，當(dāng)兩者的頻率差與光纖中某區(qū)域的布里淵頻移υ_B相等時，則在該區(qū)域就會產(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量的參數(shù)存在線性關(guān)系，因此，在對激光器的頻率進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)的同時，通過檢測從光纖一端耦合出來的探測光，就可以確定光纖各小段區(qū)域上能量轉(zhuǎn)移達(dá)到最大時所對應(yīng)的頻率差。從而得到傳感光纖上需測量參數(shù)的信息，實(shí)現(xiàn)分布式測量。

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：(1)單端方案不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離傳感；(2)為提高測量精度，需要測量多個頻點(diǎn)，多次平均，因此測量時間較長；(3)該方案因?yàn)橐獙Υ罅繉?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,對實(shí)驗(yàn)設(shè)備及環(huán)境要求很高。

【發(fā)明內(nèi)容】

針對上述問題，本發(fā)明提供一種單邊帶分布式光纖傳感系統(tǒng)的測量裝置，監(jiān)控變壓器繞組或者區(qū)域性較小的分布式測量參數(shù)，能夠提高測量時間和精度，擴(kuò)大測量的動態(tài)范圍，提升分布式傳感系統(tǒng)的可靠性和實(shí)時性。