本實用新型涉及電力電纜溫度監(jiān)測領(lǐng)域，特別是一種基于光纖布拉格光柵的XLPE電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

交聯(lián)聚乙烯（XLPE）電力電纜具有擊穿場強高、介質(zhì)損耗角正切值小、絕緣電阻高等優(yōu)越的電氣性能，且安裝維護方便。XLPE 電纜不僅廣泛應(yīng)用于中低壓，還可應(yīng)用于高壓和超高壓輸電系統(tǒng)中，是未來電力電纜的主要發(fā)展方向。當(dāng)XLPE電纜出現(xiàn)故障和運行異常時溫度通常會有很大的改變。所以，對電纜的溫度進行實時監(jiān)測非常重要，溫度監(jiān)測也將成為XLPE電纜安全穩(wěn)定運行的保障。

XLPE電纜作為電力系統(tǒng)的重要組件，其安全運行是整個電力系統(tǒng)的安全保障。由于電力電纜長期處于高溫、強電場的環(huán)境中工作，容易出現(xiàn)過熱或者短路的情況，當(dāng)XLPE電纜經(jīng)常處于高溫的狀態(tài)時會加快外部絕緣皮的老化，留下安全隱患，甚至?xí)l(fā)火災(zāi)，因此，有必要對電纜的溫度進行實時的監(jiān)測，在事故早期通過監(jiān)測發(fā)現(xiàn)問題并采取相應(yīng)的措施，可以有效地阻止電纜的加速老化及火災(zāi)的發(fā)生，減少經(jīng)濟的損失。對電纜的溫度監(jiān)測不能只是局部的測量，要實現(xiàn)對鋪設(shè)的整條電纜線路的分布式監(jiān)測。

近年來，光纖光柵傳感技術(shù)的發(fā)展一直受到人們的關(guān)注，光纖光柵傳感器有靈敏性高、抗電磁干擾能力強、絕緣性好、體積小、動態(tài)范圍廣等優(yōu)點，適合在復(fù)雜惡劣的環(huán)境下工作，可以對電纜的溫度進行實時的監(jiān)測。因此構(gòu)建一種基于光纖布拉格光柵（FBG）的XLPE電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)是可行的，對電力系統(tǒng)的安全運行具有實際意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于光纖布拉格光柵的XLPE電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，能夠很好地對XLPE電纜進行實時監(jiān)測，從而有效地避免由于溫度過高或過熱而引起的絕緣材料加速老化、絕緣擊穿和火災(zāi)的發(fā)生。

為解決上述技術(shù)問題，本實用新型所采用的技術(shù)方案是：一種基于光纖布拉格光柵的XLPE電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括激勵單元、耦合單元、傳感單元、解調(diào)裝置及服務(wù)器，所述激勵單元連接耦合單元，耦合單元再與傳感單元連接，所述耦合單元還通過解調(diào)裝置與服務(wù)器連接；所述傳感單元包括光纖布拉格光柵。

優(yōu)選的，所述解調(diào)裝置包括可調(diào)諧濾波器及光電探測器，所述激勵單元為寬帶光源，所述耦合單元為耦合器，耦合器連接可調(diào)諧濾波器，可調(diào)諧濾波器連接光電探測器，光電探測器連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊連接服務(wù)器。

優(yōu)選的，所述傳感單元包括光開關(guān)陣列，光開關(guān)陣列上設(shè)有多個通道，每個通道上設(shè)有多個波長互不相同的光纖布拉格光柵。

優(yōu)選的，所述服務(wù)器與光開關(guān)驅(qū)動模塊連接，光開關(guān)驅(qū)動模塊與光開關(guān)陣列連接。

優(yōu)選的，所述服務(wù)器還與寬帶光源連接。

優(yōu)選的，所述服務(wù)器采用2顆Intel Xeon E5-2640 v4十核CPU，共計20個物理計算核心，Broadwell-EP架構(gòu)，主頻2.4GHz，25MB高速智能三級緩存；2GB專業(yè)圖形顯卡；64GB(4*16GB)內(nèi)存；2TB SATA企業(yè)級硬盤；23.6英寸液晶顯示器。

優(yōu)選的，所述可調(diào)諧濾波器采用美國BaySpec公司生產(chǎn)的WaveCapture FBGA分析儀，所述光電探測器采用銦鎵砷半導(dǎo)體材料制作的銦鎵砷探測器，所述數(shù)據(jù)采集模塊采用USB口多功能12位采集模塊，產(chǎn)品型號為JK-U12，所述光開關(guān)驅(qū)動模塊采用1x4ns級高速光開關(guān)。

本實用新型提供一種基于光纖布拉格光柵的XLPE電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對復(fù)雜惡劣環(huán)境下的XLPE電纜進行實時的溫度監(jiān)測；且傳輸距離遠、速度快、對產(chǎn)品的使用環(huán)境要求低；能夠很好地把被測信號變換成光信號的傳輸，不易受外界干擾；設(shè)備與監(jiān)測的結(jié)果具有可重復(fù)性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明：

圖1 本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2 本實用新型圖1的詳細結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3 本實用新型光纖布拉格光柵測溫原理圖；

圖4為本實用新型入射光普示意圖；

圖5為本實用新型反射光譜示意圖；

圖6為本實用新型透射光譜示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，一種基于光纖布拉格光柵的XLPE電纜溫度監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于：包括激勵單元、耦合單元、傳感單元、解調(diào)裝置及服務(wù)器，所述激勵單元連接耦合單元，耦合單元再與傳感單元連接，所述耦合單元還通過解調(diào)裝置與服務(wù)器連接；所述傳感單元包括光纖布拉格光柵。當(dāng)XLPE電纜周圍的溫度變化時，光纖光柵的中心波長也會隨之改變，寬帶光源由耦合器傳輸?shù)焦饫w布拉格光柵上，滿足條件的反射光由光纖進入到波長解調(diào)模塊，完成光電信號的轉(zhuǎn)換，解調(diào)裝置會將反射光的中心波長值和對應(yīng)的光功率信息傳輸?shù)椒?wù)器中。服務(wù)器通過Matlab軟件編寫數(shù)據(jù)采集程序獲取模塊傳遞的信息，將獲取的信息進行處理并將處理后的值以XY坐標圖的形式顯示出來，并將溫度值顯示在服務(wù)器界面上。

優(yōu)選的，如圖2所示，所述解調(diào)裝置包括可調(diào)諧濾波器及光電探測器，所述激勵單元為寬帶光源，所述耦合單元為耦合器，耦合器連接可調(diào)諧濾波器，可調(diào)諧濾波器連接光電探測器，光電探測器連接數(shù)據(jù)采集模塊，數(shù)據(jù)采集模塊連接服務(wù)器。

優(yōu)選的，所述傳感單元包括光開關(guān)陣列，光開關(guān)陣列上設(shè)有多個通道，每個通道上設(shè)有多個波長互不相同的光纖布拉格光柵。

優(yōu)選的，所述服務(wù)器與光開關(guān)驅(qū)動模塊連接，光開關(guān)驅(qū)動模塊與光開關(guān)陣列連接。

優(yōu)選的，所述服務(wù)器還與寬帶光源連接。

優(yōu)選的，所述服務(wù)器采用2顆Intel Xeon E5-2640 v4十核CPU，共計20個物理計算核心，Broadwell-EP架構(gòu)，主頻2.4GHz，25MB高速智能三級緩存；2GB專業(yè)圖形顯卡；64GB(4*16GB)內(nèi)存；2TB SATA企業(yè)級硬盤；23.6英寸液晶顯示器。該服務(wù)器具有高內(nèi)存帶寬，高效散熱系統(tǒng)，超強的數(shù)據(jù)處理能力。用戶可遠程登錄系統(tǒng)進行遠程操作，系統(tǒng)可用性強；支持多種擴展接口。

優(yōu)選的，所述可調(diào)諧濾波器采用美國BaySpec公司生產(chǎn)的WaveCapture FBGA分析儀，是一款可同時測量多個波長的集成光譜模塊。所述光電探測器采用銦鎵砷半導(dǎo)體材料制作的銦鎵砷探測器，銦鎵砷材料的光敏特性很好，光譜范圍寬。所述數(shù)據(jù)采集模塊采用USB口多功能12位采集模塊，產(chǎn)品型號為JK-U12，具有極高的性價比，很好與Labview、MatLab、VB、VC連接。所述光開關(guān)驅(qū)動模塊采用1x4ns級高速光開關(guān)，該光開關(guān)有著非常高的可靠性及環(huán)境適應(yīng)性。

寬帶光源經(jīng)耦合器傳輸進入光開關(guān)陣列，光開關(guān)陣列受服務(wù)器的控制選擇哪些通道進行測量，每條通道內(nèi)部都含有多個波長互不相同的傳感光柵，被控制打開的相應(yīng)通道內(nèi)的光柵的反射光再次由耦合器傳輸?shù)綖V波器中，傳輸?shù)焦怆娞綔y器中，完成光電信號的轉(zhuǎn)換、處理。服務(wù)器通過對選定通道內(nèi)的光柵波長進行尋址，找出對應(yīng)光柵的位置。通過監(jiān)測反射光譜得到相應(yīng)的溫度物理量信息。

解調(diào)裝置可采用波分/空分復(fù)用技術(shù)。波分復(fù)用技術(shù)對光源的輸出功率有所要求，且光柵的個數(shù)一般不宜超過20個。然而空分復(fù)用技術(shù)卻完全不用考慮這兩個問題，它的光柵可以波長相同，對光源的要求低。所以這兩種技術(shù)的混合使用達到了揚長避短的目的，空分復(fù)用的光開關(guān)能控制每個通道的開關(guān)，增加了大量的傳感光柵個數(shù)，還可以利用光源的整個帶寬。波分/空分復(fù)用技術(shù)中可采用可調(diào)諧F-P腔濾波法，其濾波特性好、速度快、檢測波譜區(qū)間大。

如圖3-6所示，為基于光纖布拉格光柵的XLPE電纜測溫原理圖，光纖布拉格光柵（FBG）主要是用來選擇特定光波。由寬帶光源發(fā)出的光信號傳輸?shù)焦饫w布拉格光柵上，符合FBG特定波長λ_B的光信號被反射，其他波長的光會被透射出去。XLPE電纜的溫度改變會影響光柵的周期及折射率，進而使反射光及透射光的中心波長發(fā)生偏移(Δλ)。通過對波長變化量的監(jiān)測得到溫度物理量的變化信息。

上述的實施例僅為本實用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對于本實用新型的限制，本實用新型的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進，也在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。