[發明專利]一種海底電纜局部放電光傳感單元及分布式傳感系統

有效

• 申請號: 202210227962.5
• 申請日: 2022-03-10
• 公開（公告）號: CN114325277B
• 公開（公告）日: 2022-06-14
• 發明（設計）人: 馬國明;秦煒淇;王思涵;郭騰俊;郭陟峰;史榮斌;杜厚賢
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: G01R31/12
• 分類號: G01R31/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種海底電纜局部放電分布式傳感系統，其特征在于，包括光傳感單元(1)、可調諧激光器(10)、聲光調制器(11)、信號發生器(12)、摻鉺光纖放大器(13)、第一1×2光纖耦合器(14)、第二1×2光纖耦合器(15)、延遲光纖(16)、光纖環形器(17)、第三1×2光纖耦合器(18)、窄線寬激光器(19)、光電探測器(20)、數據采集卡(21)及數據處理模塊(22)，其中，

所述的可調諧激光器(10)用于產生可頻移的窄線寬連續光，其光輸出端口與聲光調制器(11)的輸入端相連，聲光調制器(11)用于將連續光調制為矩形脈沖光，同時對脈沖光引入頻移，其輸出端口與摻鉺光纖放大器(13)的輸入端相連，摻鉺光纖放大器(13)用于對脈沖光功率進行放大，其輸出端與第一1×2光纖耦合器(14)相連，光脈沖由摻鉺光纖放大器(13)放大輸出后進入第一1×2光纖耦合器(14)的兩臂中，其中第一臂與第二1×2光纖耦合器(15)的第一臂直接相連，第二臂經過延遲光纖(16)后與第二1×2光纖耦合器(15)的第二臂相連，第二1×2光纖耦合器(15)的輸出與光纖環形器(17)的1端口相連，探測光脈沖由1端口輸入，由2端口輸出后進入光傳感單元(1)的傳感光纖中，傳感光纖中反射回的傳感光信號由2端口進入光纖環形器(17)后從3端口輸出，窄線寬激光器(19)輸出的連續光與光纖環形器(17)的3端口輸出的傳感光信號在第三1×2光纖耦合器(18)處發生混頻，混頻光由光電探測器(20)探測并轉化為電信號，光電探測器(20)輸出的電信號由數據采集卡(21)采集，最后由數據處理模塊(22)解調數據中的局部放電聲信號相位信息，給出局部放電定位，信號發生器(12)用于輸出矩形電脈沖，其輸出端與可調諧激光器(10)的觸發端、聲光調制器(11)的驅動器輸入端及數據采集卡(21)的觸發端相連，用于觸發可調諧激光器(10)的頻移，驅動聲光調制器(11)的調制以及觸發數據采集卡(21)的采集；

所述的信號發生器(12)向可調諧激光器(10)、聲光調制器(11)及數據采集卡(21)輸出寬度為t_P的矩形電脈沖，脈沖的時間間隔為T_P，可調諧激光器(10)以步進模式工作，每當觸發端接收到一個電脈沖，可調諧激光器(10)輸出的光頻率步進地增加Δf_S，每N個脈沖為一個脈沖重復周期T，聲光調制器(11)每當接收到信號發生器(12)的一個矩形電脈沖，將可調諧激光器(10)發出的連續光調制成一個脈寬為t_P的矩形脈沖光，并引入頻移Δf_A；

所述的聲光調制器(11)調制出的光脈沖經過第一1×2光纖耦合器(14)后被分為兩個脈沖，其中一個脈沖經過長度為光傳感單元(1)中弱反射點空間間隔2倍的延遲光纖(16)與另一個光脈沖產生時延τ_P，兩個脈沖經過第二1×2光纖耦合器(15)后先后進入光傳感單元(1)，聲光調制器(11)在每個脈沖重復周期T內，等間隔地輸出N個不同頻率的光脈沖，其中第n個光脈沖的頻移量為Δf_A+(n-1)Δf_S；

所述的光傳感單元(1)中在每個周期內有兩個脈沖數量為N的脈沖序列，每個脈沖序列中第n個光脈沖的頻移量為Δf_A+(n-1)Δf_S，相同頻率脈沖之間的時間間隔均為τ_P，空間間隔均為光傳感單元(1)弱反射點空間間隔的2倍。

2.根據權利要求1所述的一種海底電纜局部放電分布式傳感系統，其特征在于，所述的光傳感單元(1)采用纖芯中具有連續等間隔弱反射點的單模光纖，用于傳輸探測光脈沖、感知電纜局部放電和返回傳感光信號，弱反射點用于產生菲涅爾反射或者布喇格反射，增加傳感信號強度，弱反射點間隔為50m，纖芯直徑為9μm，包層直徑為125μm，涂覆層直徑250μm，涂覆層采用聚酰亞胺材質，用于增加光纖機械強度，光傳感單元(1)的傳感光纖布置在聚乙烯護套中，護套內填充纖膏，用于阻水和潤滑。

3.根據權利要求1所述的一種海底電纜局部放電分布式傳感系統，其特征在于，所述的數據處理模塊(22)首先對采集到的電信號進行希爾伯特變換，生成正交信號，然后利用反正切算法求得每對光脈沖干涉光中的包含的局放聲信號相位信息，最后將所有的相位信息由時域轉化到距離域，并按照脈沖順序排列，得到整根海底電纜各處的受擾動情況，根據擾動的時頻特征和距離域信息實現對海底電纜局部放電的分布式傳感和還原。