4.5光纤布里渊散射传感及其电力应用在线视频

同学们

大家好

我们前面介绍了光传感技术的概述

在此基础上

我们介绍了

以光纤电流传感器作为点式

传感代表的光纤电流传感器及其应用

然后介绍了

光纤布拉格光栅传感器

作为准分布式的传感器

的代表以及它的电力应用

这一节我们来探讨一下

作为分布式的

代表的光纤布里渊传感及其电力应用

布里渊传感的原理是这样子的

由布里渊散射的理论我们可以知道

它光纤中散射的频移

可以用这样一个公式来表达

这个公式我们在前面

曾经给大家给出过

这的fB就是布里渊散射的频移

这里的VA

n

λp

分别是光纤里面的声速

折射率

以及泵浦光的波长

由于声速和折射率

与光纤的温度以及所受的应变有关

所以布里渊频移

就随着它们会发生变化

这个变化具体的可以用这个公式来表示

布里渊频移表示成这里的公式(1)

大家可以看到

里边有随着温度和应变所变化的量

同样的布里渊散射的功率

也会随着温度和应变发生变化

可以用下面这个公式来表示

这个表示里面同样的包含了

随温度变化的参量

和随应变变化的参量

由于应变对功率的影响比温度的影响要小

就是说应变影响功率的变化很小

而温度相对来大一点

所以我们在功率刚才的

第(2)个公式里面的功率的影响项

我们可以给它先不考虑

这样的话

我们就可以先由第(2)个公式

功率变化的公式得到温度的分布

然后把这个温度的分布

确定以后带入第(1)个公式

就可以得到应变的分布

所以

我们实际上可以用光纤布里渊散射传感

测量温度和应变

这是它的测量的一个基本的一个原理

那好了

我们来看一下基于这个原理的

输电线布里渊散射传感系统

这是这个系统的一个结构图

大家可以看到

这里边的OPGW

OPPC

实际上就是电力专用的光缆

OPGW实际上它既作为光缆

又里边它的钢架

作为电力系统的地线

OPPC

它里边的光纤当然作为光纤传感的通道

然后剩下的就作为电力的相线

所以这里边我们说是输电线

是因为它里面既有输电线又有光纤

然后我们实际上就可以通过布里渊散射

这种分布式的传感

来测量输电线路里边的温度或者应变

这是这样一个思路

引出端我们用一种ADSS光缆

就是全介质的自承光缆

它就是全是光缆的

具体的设备

主要的包括它的光源部分由种子光源

然后又利用声光调制器

让它变成脉冲信号

这个脉冲信号就注入到了

我们的输电线路里面

输电线路不同的地方发生布里渊散射

这个散射的信号反过来

再回过来用耦合器就进入测量部分

然后测量部分进行测量

按照刚才的机理就可以得到

沿着输电线路的温度

应变的分布

这就是它的测量的一个基本的一个原理

我们的系统采取BOTDR技术

前面我们说过了

基于布里渊散射有三种对不对

我们这里采取的是第一种技术

包括的设备有种子光源

声光调制器

耦合器

监测单元

和监控主机

刚才那个图里面已经给出了

BOTDR里边的声光调制器

对种子光源进行强度调制

产生一定脉宽

和重复频率的脉冲序列注入到光纤中

当脉冲注入的时候

监控主机上的采集卡被触发

采集系统对背向的散射光的

相干拍频信号

进行测量

数据采集后

采集卡内存中的信号被依次

读入监控主机

主机对每一脉冲序列测量信号

按一定的时间窗口分帧进行

傅立叶变换

得到每一帧的频谱信息

这样我们就可以提取出

它的中心的频率和幅度

将每帧的频谱信息累加平均

就可以得到

沿光纤的散射信号的频移

和幅度的分布信息

根据这些信息

根据刚才的公式

我们就可以解调出

相应的沿着输电线路的

温度和应变的分布信息

我们的具体的实验的操作

因为电力系统的安全性要求很高

所以这些实验

一般的来说需要首先在实验室里边来做

所以这里做了一个模拟的系统

如这个图来所示

模拟的实验采用人工的覆冰

或卷扬机来分别提供

温度和应力参量的变化信息

借此对布里渊分布式的温度

和应变的传感系统进行可行性测试

就是来验证这种系统

对实际系统能不能测量

先在实验室里面来做

好我们看上面这个图

用了一个人工的覆冰室

然后

因为覆冰以后它的温度就必然变化

对不对

然后它的传感信号就会发生变化

然后我们来测量

然后下面这一个用了一个卷扬机

然后卷扬机

给这里的输电线路施加拉力

然后这里面就会产生应变

同样的它的布里渊信号就会发生变化

从而来测量它的分布信息

这是具体的温度的测量结果

大家看这里的这个测量图

先看右端的这个图

大家可以看到

因为我们刚才施加温度

是在某一点上施加的

所以这的温度的变化

当然只是在输电线路的某一点

大家可以看到

随着温度的升高

然后呢

它的布里渊频移的绝对值在减小

同样的大家可以看我们的左下这个图

实际上是它的测量的温度

和频移的对应关系

所以温度增加

频移的绝对值在减小

对不对

所以这里就是温度

测量的温度对应的频移

反过来测量的频移

我就能知道某一点的温度是多少

这是实验测量温度的情况

然后再看一下应变的情况

同样的我们看

右上这个图

因为刚才的卷扬机仍然也是

施加力在某一点

所以大家可以看到随着这个加了

拉力以后它的应变的增大

它的布里渊的频移在增大

对不对这个图里面

然后左下可以看到

随着这个力的增加

它的频移在增大

所以我们来说测量频移你就能知道应力

这就是它的测量的结果

说明了这个系统在这种实验室的条件下

是可以来测量温度和应变的

好

那我们现在对这一节做一个小结

这一节我们讲了

光纤布里渊散射传感及其电力应用

具体来说

我们讲了它的传感的原理

然后介绍了

输电线路布里渊散射的传感的实验系统

表明了它的有效性

本章的总结

光传感是光电子系统的重要的分支

本章在扼要的介绍

光传感原理和组网技术的基础上

重点讨论了三种典型的

电力光传感应用系统

具体的包括

点式的光纤电流传感器及其应用

准分布式的光纤布拉格光栅传感器

及其电力应用

分布式的光纤布里渊散射传感器

及其电力应用

这是本章内容的一个总结

我们这里就介绍到这里

谢谢大家