海纜長期處于復(fù)雜的海底環(huán)境中,一旦發(fā)生故障停電則對海島造成重大影響,非常有必要對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測以避免事故的發(fā)生。針對潿洲島跨海聯(lián)網(wǎng)工程現(xiàn)狀,在綜述現(xiàn)有海纜故障檢測技術(shù)的基礎(chǔ)上,引入了一種布里淵頻移的快速測量方法并進(jìn)行了驗(yàn)證,提出了一種基于分布式光纖傳感技術(shù)的海纜溫度、應(yīng)變快速監(jiān)測方法,詳細(xì)介紹了監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理;在此基礎(chǔ)上提出了一種利用有限元建模和實(shí)測光纖溫度、應(yīng)變的海纜運(yùn)行、絕緣和機(jī)械狀態(tài)評估和故障診斷方法并初步進(jìn)行了驗(yàn)證。研究提出的解決方案對潿洲島跨海光電復(fù)合纜監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有指導(dǎo)價值,對類似跨海光電復(fù)合纜監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)具有參考價值。 

【文章來源】：科技和產(chǎn)業(yè). 2020,20(05)

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

潿洲島聯(lián)網(wǎng)工程中擬定的海纜鋪設(shè)示意圖

采用數(shù)字信號處理方法再結(jié)合譜特征量提取方法對布里淵譜進(jìn)行分析處理,可獲得較為準(zhǔn)確的布里淵頻移vB和散射光強(qiáng)PB的測量值。然后根據(jù)式(1)、(2)或(4)來計算散射點(diǎn)光纖的溫度和應(yīng)變值,再根據(jù)入射光與背向散射光時間差來確定散射點(diǎn)位置,最終得到光纖各點(diǎn)的溫度或應(yīng)變值。軟件部分主要包括:①各種設(shè)置的控制,比如測量參數(shù)的設(shè)置、報警臨界值的設(shè)置;②布里淵頻移和散射光強(qiáng)以及溫度和應(yīng)變的計算及測量結(jié)果不確定性的評估;③實(shí)測溫度和應(yīng)變數(shù)據(jù)的顯示、存儲和查詢;④基于光纖溫度和應(yīng)變的海纜狀態(tài)評估和故障診斷。常規(guī)的基于布里淵散射的海纜監(jiān)測系統(tǒng)通過掃頻測量布里淵譜方式測量溫度或應(yīng)變,但由于為準(zhǔn)確測量布里淵頻移需要較多的掃頻點(diǎn)數(shù)耗時較長,而頻率切換進(jìn)一步增加了測量時間,導(dǎo)致系統(tǒng)實(shí)時性較差。為此,項(xiàng)目組在分析布里淵譜模型的基礎(chǔ)上將一種快速布里淵頻移測量方法[14]引入到海纜監(jiān)測系統(tǒng)中,該方法無需增加硬件環(huán)節(jié)而使監(jiān)測系統(tǒng)同時能有效減少溫度、應(yīng)變的測量時間。

光在光纖中傳播可能會發(fā)生瑞利散射、拉曼散射和布里淵散射[10],如圖2所示。對應(yīng)的分布式光纖傳感技術(shù)主要包括基于瑞利散射的光時域反射技術(shù)(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)、基于拉曼散射的分布式光纖溫度傳感技術(shù)(Raman Optical Time Domain Reflectometry,ROTDR)和基于布里淵散射的分布式光纖溫度/應(yīng)變傳感技術(shù)。OTDR利用背向散射光的強(qiáng)度提供對光纖衰減的測量,它主要用于測量彎曲、接續(xù)、損壞等產(chǎn)生的損耗沿光纖的空間分布,也可用來進(jìn)行光纖斷裂等故障的空間定位。拉曼散射主要對溫度敏感,因此ROTDR主要實(shí)現(xiàn)溫度的分布式測量。三者中只有布里淵散射同時對溫度和應(yīng)變敏感,可以實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的測量。根據(jù)傳感機(jī)制、信號處理方法的不同,基于布里淵散射的分布式光纖溫度/應(yīng)變傳感器技術(shù)又分為基于自發(fā)布里淵散射的布里淵光時域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)技術(shù)、基于受激布里淵散射的布里淵光時域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)技術(shù)、基于頻域分析的布里淵光頻域分析(Brillouin Optical Frequency Domain Analysis,BOFDA)技術(shù)和基于相干連續(xù)波的相關(guān)域布里淵傳感(Brillouin Optical Coherent Domain Analysis和Brillouin Optical Coherent Domain Reflectometer,BOCDA和BOCDR)技術(shù)。目前最為常用的還是BOTDR或BOTDA技術(shù)。該技術(shù)通過測量布里淵散射光,根據(jù)其中的布里淵頻移vB和散射光強(qiáng)PB(圖3)來實(shí)現(xiàn)溫度和應(yīng)變的傳感。


本文編號：3346840