[发明专利]长距离电缆现场机械特性测试系统与方法

说明书

技术领域

本发明涉及电缆现场测试技术领域，具体涉及一种长距离电缆现场机械特性测试系统与方法。

背景技术

电力电缆在电力系统中承担传输能量的作用，近年来全球电力系统电压等级不断提高，电缆距离也在不断增长。长久以来诊断电缆的现场测试方法主要为电性能测试，而针对机械特性测试方法较少。实际数据表明，很多电缆故障首先是由机械问题引发的，因此针对电缆的现场机械性能测试方法有重要的意义。近年来随着光纤光学的发展，已有分布式测温(ＤＴＳ)和分布式测温应变(ＤＴＳＳ)应用到长距离电缆中，然而测试系统仅能测量电缆的温度和应变，对于电缆绝缘材料本身机械特性没有相应测试手段。

发明内容

为解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种长距离电缆现场机械特性测试系统与方法，通过测量电缆的温度、应变，得到电缆的机械特性如杨氏模量、泊松比；通过与实验室内对电缆材料小试样测试结果的对比，能够有效的从机械角度评价电缆运行过程中由于各种如热老化、电老化、机械损耗等因素带来的材料性能本身的变化。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种长距离电缆现场机械特性测试系统，包括拉曼/布里渊分布式传感系统1，通过环形器106与拉曼/布里渊分布式传感系统1相连的单模光纤2，所述单模光纤2包括位于电缆3的线芯层301中的第一单模光纤201和位于电缆3的屏蔽层303中的第二单模光纤202，还包括与电缆3的线芯层301和屏蔽层303通过铜鼻接头连接的变压器4；

所述拉曼/布里渊分布式传感系统1包含窄线宽激光器101，所述窄线宽激光器101与第一1×2耦合器102的单端接口相连，所述第一1×2耦合器102的双端接口的其中一接口与第一移频器115的一端相连，另一接口与第二1×2耦合器103的单端接口相连，第二1×2耦合器103的双端接口的其中一接口与脉冲调制器104的一端相连，另一接口在测试时分别与第一单模光纤201和第二单模光纤202的一端相连，脉冲调制器104的另一端与第二移频器105的一端相连，第二移频器105的另一端与环形器106的一个端口相连，从环形器106的该端口数第一个顺时针端口在测试时分别与第一单模光纤201和第二单模光纤202的另一端相连，第二个顺时针端口与掺铒光纤放大器107的一端相连，掺铒光纤放大器107的另一端与第三1×2耦合器108单端接口相连，第三1×2耦合器108的双端接口分别与第一扫描标准具109和第二扫描标准具110的一端相连，第一扫描标准具109的另一端与第四1×2耦合器111双端接口的一个端口相连，其双端接口另一个端口与第一移频器115的另一端相连，第四1×2耦合器111的单端口与第一光电转换器112的光电转换端相连，第一光电转换器112的电信号输出端与信号调理单元114的一个通道相连，第二扫描标准具110的另一端与第二光电转换器113的光电转换端相连，第二光电转换器113的电信号输出端与信号调理单元114的另一个通道相连。

上述所述测试系统的测试方法，包括如下步骤：

步骤1：连接环形器106与第一单模光纤201，开启窄线宽激光器101，调整脉冲调制器104，使窄线宽激光器101的输出光具有测试所需的时域宽度，调整第二移频器105锁定脉冲调制器104调制后的脉冲光信号到一频率，该频率与窄线宽激光器101的频率差为纤芯层光纤201内出现的受激布里渊散射频率，此时第一单模光纤201内出现受激布里渊散射和拉曼散射，受激布里渊散射和拉曼散射的背向散射信号通过环形器106经过掺铒光纤放大器107放大，之后通过第三1×2耦合器108等分入第一扫瞄标准具109和第二扫描标准具110；调整第一移频器115，与第一扫描标准具109筛选的布里渊散射信号利用第一光电转换器112进行相干检测，由于窄线宽激光器101的频率和强度已知，能够得到电缆在参考态下布里渊频移及强度；调整第二扫描标准具110使第二光电转换器113所测得的光强最大，能够得到参考态拉曼散射强度及频率；

此时有如下关系：

ω_b＝ω_0b

I_r＝I_r0

其中：ω_b为测量得布里渊频移，ω_b0为参考态布里渊频移，I_r为测量得拉曼散射强度，I_r0为参考态拉曼散射强度；