[發(fā)明專利]一種基于空分復(fù)用的光纖偏振傳感雷電定位系統(tǒng)及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911362125.8
• 申請(qǐng)日: 2019-12-26
• 公開（公告）號(hào): CN110763956B
• 公開（公告）日: 2020-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王雪峰;唐明;吳昊;趙燦
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01R31/08
• 分類號(hào): G01R31/08;G01S11/12
• 代理公司: 深圳市六加知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44372
• 代理人: 向彬

本發(fā)明公開了一種基于空分復(fù)用的光纖偏振傳感雷電定位系統(tǒng)，包括第一主機(jī)和第二主機(jī)，第一主機(jī)與第二主機(jī)以兩條光纖復(fù)合架空地線相連，其中：第一主機(jī)的第一光源、第一環(huán)形器、第一濾波器、第一檢偏器、第一光電探測(cè)器位次相連，第二主機(jī)的第二光源、第二環(huán)形器、第二濾波器、第二檢偏器和第一主機(jī)中的第二光電探測(cè)器依次相連；第一和第二光電探測(cè)與高速采集卡相連，高速采集卡與上位機(jī)相連；所述第一光源發(fā)出第一波長(zhǎng)的直流光信號(hào)，第二光源發(fā)出第二波長(zhǎng)的直流光信號(hào)，第一波長(zhǎng)與第二波長(zhǎng)不同。本發(fā)明基于雙端對(duì)射單端檢測(cè)的方法實(shí)現(xiàn)雷電定位和信號(hào)采集，由此解決傳統(tǒng)雙端法對(duì)兩端對(duì)時(shí)系統(tǒng)要求較高及單端法中存在測(cè)量死區(qū)的技術(shù)問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于空分復(fù)用的光纖偏振傳感雷電定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)

光纖復(fù)合架空地線（Optical Fiber Composite Overhead Ground Wire，OPGW）是近年來興起的一種新型地線，既用作避雷線又可用作通信干線。由于其自身可以通信的特性，可通過OPGW自身來進(jìn)行雷電定位。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)基于OPGW的輸電線路雷電檢測(cè)研究較少，主要是日本科學(xué)家進(jìn)行了部分理論研究，并產(chǎn)生了兩大技術(shù)方向，一種是基于布里淵散射的傳感技術(shù)，另一種是基于光偏振態(tài)的傳感技術(shù)。其中第一種方法進(jìn)行了基于布里淵光時(shí)域反射計(jì)的雷電定位系統(tǒng)研究，其基本原理是溫度變化時(shí)光信號(hào)會(huì)發(fā)生布里淵散射頻移效應(yīng)，根據(jù)雷電時(shí)的溫度升高造成OPGW光信號(hào)的變化來實(shí)現(xiàn)雷電定位。但是外界溫度或應(yīng)力的變化也會(huì)對(duì)OPGW上光信號(hào)的布里淵散射頻移效應(yīng)產(chǎn)生較為顯著的影響，使得此方法的抗干擾能力較差，因此目前仍處于理論研究，缺乏實(shí)際可行性。第二種方法基于OPGW光偏振態(tài)的傳感技術(shù)，目前主要停留在理論階段且缺少實(shí)際論證。從光偏振態(tài)的表示和測(cè)量方法入手，在理論上介紹了基于OPGW光偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)雷電定位的可能性，但是缺乏實(shí)驗(yàn)論證。還有學(xué)者進(jìn)行了雷電模擬試驗(yàn)，驗(yàn)證了基于OPGW光偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)雷電定位的可行性，但是試驗(yàn)類型過于單一，且無(wú)理論分析。基于OPGW光偏振態(tài)實(shí)現(xiàn)雷電定位一般有雙端法和單端法。

在雙端法中，若在輸電線路的OPGW上施加連續(xù)的偏振光信號(hào)，并在OPGW的兩端通過光電檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)檢測(cè)OPGW上光信號(hào)的偏振態(tài)，在發(fā)生雷電時(shí)通過兩端得到的偏振態(tài)突變信號(hào)的時(shí)間差，即可實(shí)現(xiàn)輸電線路的雷電定位。然而，雙端法一般需要在雙端對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集，采集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行時(shí)間對(duì)準(zhǔn)：由于光速很快，即使1μs的時(shí)間誤差對(duì)應(yīng)100m的空間定位誤差，因此這對(duì)對(duì)時(shí)系統(tǒng)要求較高。

為了解決以上問題，專利（CN109270346A）提出了一種單端法來實(shí)現(xiàn)雷電定位，其基本原理如圖1所示，單端法的發(fā)信與測(cè)量工作都在一端完成，行波信號(hào)從本端發(fā)出，到達(dá)對(duì)端后通過一段較長(zhǎng)的時(shí)延光纖再沿原來的路徑返回，通過測(cè)量故障行波在故障點(diǎn)與本端和故障點(diǎn)到對(duì)端后再傳至本端之間的時(shí)間差，實(shí)現(xiàn)故障定位。單端法原理簡(jiǎn)單，不存在雙端法中遇到的兩端同步問題。但是，單端法存在一個(gè)較大的缺陷：即當(dāng)故障行波信號(hào)的波尾較長(zhǎng)時(shí)（雷電的放電時(shí)間可以達(dá)到2ms左右），本端信號(hào)的波尾會(huì)與對(duì)端信號(hào)的波頭發(fā)生重疊，造成難以確定信號(hào)波頭時(shí)間的困難，從而產(chǎn)生較大的測(cè)量死區(qū)，給行波故障定位造成很大的局限性。如圖2所示為單端法測(cè)距過程中出現(xiàn)本側(cè)與對(duì)側(cè)信號(hào)發(fā)生重疊的情況。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于空分復(fù)用的光纖偏振傳感雷電定位系統(tǒng)及方法，其目的在于基于雙端法實(shí)現(xiàn)雷電位置的檢測(cè)，由此解決雙端法對(duì)兩端對(duì)時(shí)系統(tǒng)要求較高及單端法中存在測(cè)量死區(qū)的技術(shù)問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種基于空分復(fù)用的光纖偏振傳感雷電定位系統(tǒng)，包括第一主機(jī)和第二主機(jī)，第一主機(jī)與第二主機(jī)以光纖復(fù)合架空地線（OPGW）相連，其中：

第一主機(jī)包含：上位機(jī)、高速采集卡、第一光源、第一環(huán)形器、第一濾波器、第一檢偏器、第一光電探測(cè)器和第二光電探測(cè)器；第二主機(jī)包括第二光源、第二環(huán)形器、第二濾波器和第二檢偏器；