分布式光纤传感技术在涠洲岛跨海联网工程中的应用研究
发布时间：2021-08-17 02:06
海缆长期处于复杂的海底环境中,一旦发生故障停电则对海岛造成重大影响,非常有必要对其状态进行监测以避免事故的发生。针对涠洲岛跨海联网工程现状,在综述现有海缆故障检测技术的基础上,引入了一种布里渊频移的快速测量方法并进行了验证,提出了一种基于分布式光纤传感技术的海缆温度、应变快速监测方法,详细介绍了监测系统结构和原理;在此基础上提出了一种利用有限元建模和实测光纤温度、应变的海缆运行、绝缘和机械状态评估和故障诊断方法并初步进行了验证。研究提出的解决方案对涠洲岛跨海光电复合缆监测系统的实现具有指导价值,对类似跨海光电复合缆监测系统的实现具有参考价值。
【文章来源】：科技和产业. 2020,20(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涠洲岛联网工程中拟定的海缆铺设示意图
采用数字信号处理方法再结合谱特征量提取方法对布里渊谱进行分析处理,可获得较为准确的布里渊频移vB和散射光强PB的测量值。然后根据式(1)、(2)或(4)来计算散射点光纤的温度和应变值,再根据入射光与背向散射光时间差来确定散射点位置,最终得到光纤各点的温度或应变值。软件部分主要包括:①各种设置的控制,比如测量参数的设置、报警临界值的设置;②布里渊频移和散射光强以及温度和应变的计算及测量结果不确定性的评估;③实测温度和应变数据的显示、存储和查询;④基于光纤温度和应变的海缆状态评估和故障诊断。常规的基于布里渊散射的海缆监测系统通过扫频测量布里渊谱方式测量温度或应变,但由于为准确测量布里渊频移需要较多的扫频点数耗时较长,而频率切换进一步增加了测量时间,导致系统实时性较差。为此,项目组在分析布里渊谱模型的基础上将一种快速布里渊频移测量方法[14]引入到海缆监测系统中,该方法无需增加硬件环节而使监测系统同时能有效减少温度、应变的测量时间。
光在光纤中传播可能会发生瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射[10],如图2所示。对应的分布式光纤传感技术主要包括基于瑞利散射的光时域反射技术(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)、基于拉曼散射的分布式光纤温度传感技术(Raman Optical Time Domain Reflectometry,ROTDR)和基于布里渊散射的分布式光纤温度/应变传感技术。OTDR利用背向散射光的强度提供对光纤衰减的测量,它主要用于测量弯曲、接续、损坏等产生的损耗沿光纤的空间分布,也可用来进行光纤断裂等故障的空间定位。拉曼散射主要对温度敏感,因此ROTDR主要实现温度的分布式测量。三者中只有布里渊散射同时对温度和应变敏感,可以实现温度和应变的测量。根据传感机制、信号处理方法的不同,基于布里渊散射的分布式光纤温度/应变传感器技术又分为基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)技术、基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)技术、基于频域分析的布里渊光频域分析(Brillouin Optical Frequency Domain Analysis,BOFDA)技术和基于相干连续波的相关域布里渊传感(Brillouin Optical Coherent Domain Analysis和Brillouin Optical Coherent Domain Reflectometer,BOCDA和BOCDR)技术。目前最为常用的还是BOTDR或BOTDA技术。该技术通过测量布里渊散射光,根据其中的布里渊频移vB和散射光强PB(图3)来实现温度和应变的传感。
本文编号：3346840
【文章来源】：科技和产业. 2020,20(05)
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
涠洲岛联网工程中拟定的海缆铺设示意图
采用数字信号处理方法再结合谱特征量提取方法对布里渊谱进行分析处理,可获得较为准确的布里渊频移vB和散射光强PB的测量值。然后根据式(1)、(2)或(4)来计算散射点光纤的温度和应变值,再根据入射光与背向散射光时间差来确定散射点位置,最终得到光纤各点的温度或应变值。软件部分主要包括:①各种设置的控制,比如测量参数的设置、报警临界值的设置;②布里渊频移和散射光强以及温度和应变的计算及测量结果不确定性的评估;③实测温度和应变数据的显示、存储和查询;④基于光纤温度和应变的海缆状态评估和故障诊断。常规的基于布里渊散射的海缆监测系统通过扫频测量布里渊谱方式测量温度或应变,但由于为准确测量布里渊频移需要较多的扫频点数耗时较长,而频率切换进一步增加了测量时间,导致系统实时性较差。为此,项目组在分析布里渊谱模型的基础上将一种快速布里渊频移测量方法[14]引入到海缆监测系统中,该方法无需增加硬件环节而使监测系统同时能有效减少温度、应变的测量时间。
光在光纤中传播可能会发生瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射[10],如图2所示。对应的分布式光纤传感技术主要包括基于瑞利散射的光时域反射技术(Optical Time Domain Reflectometry,OTDR)、基于拉曼散射的分布式光纤温度传感技术(Raman Optical Time Domain Reflectometry,ROTDR)和基于布里渊散射的分布式光纤温度/应变传感技术。OTDR利用背向散射光的强度提供对光纤衰减的测量,它主要用于测量弯曲、接续、损坏等产生的损耗沿光纤的空间分布,也可用来进行光纤断裂等故障的空间定位。拉曼散射主要对温度敏感,因此ROTDR主要实现温度的分布式测量。三者中只有布里渊散射同时对温度和应变敏感,可以实现温度和应变的测量。根据传感机制、信号处理方法的不同,基于布里渊散射的分布式光纤温度/应变传感器技术又分为基于自发布里渊散射的布里渊光时域反射(Brillouin Optical Time Domain Reflectometer,BOTDR)技术、基于受激布里渊散射的布里渊光时域分析(Brillouin Optical Time Domain Analysis,BOTDA)技术、基于频域分析的布里渊光频域分析(Brillouin Optical Frequency Domain Analysis,BOFDA)技术和基于相干连续波的相关域布里渊传感(Brillouin Optical Coherent Domain Analysis和Brillouin Optical Coherent Domain Reflectometer,BOCDA和BOCDR)技术。目前最为常用的还是BOTDR或BOTDA技术。该技术通过测量布里渊散射光,根据其中的布里渊频移vB和散射光强PB(图3)来实现温度和应变的传感。
本文编号：3346840
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