[发明专利]基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统及方法

权利要求书

1.基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，包括：光纤光栅绝缘子、光纤光栅传感器、基于VCSEL的光纤光栅波长解调系统和自组网通讯系统；

所述光纤光栅绝缘子包括复合绝缘子和设于复合绝缘子高压端和低压端的光纤光栅；

所述光纤光栅温度传感器设于输电高塔塔头两侧，用于监测环境温度；

所述基于VCSEL的光纤光栅波长解调系统包括多通道VCSEL波长解调模块和第一Lora模块，多通道VCSEL波长解调模块用于对光纤光栅在不同温度下的波长变化进行解调，得到复合绝缘子高压端温度、低压端温度和环境温度，第一Lora模块用于发送复合绝缘子高压端温度、低压端温度和环境温度；

所述自组网通讯系统包括Lora+北斗通讯基站、北斗卫星系统和远端监测站，Lora+北斗通讯基站包括第二Lora模块和北斗模块，所述第二Lora模块接收复合绝缘子高压端温度、低压端温度和环境温度，并经Lora协议和北斗协议的转换后，通过北斗模块和北斗卫星系统将温度转发至远端监测站，以并根据高压端和低压端的温度差及环境温度进行预警。

2.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，在所述复合绝缘子的芯棒表面设有凹槽，将光纤光栅预埋在绝缘护套与芯棒上的凹槽之间。

3.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，将光纤光栅的波长与多通道VCSEL波长解调模块的波长扫描范围进行匹配，使多通道VCSEL波长解调模块的每个通道均分配一路高压端的光纤光栅和一路低压端的光纤光栅，且光纤光栅的波长变化满足复合绝缘子测温的温度变化范围。

4.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，所述多通道VCSEL波长解调模块的波长扫描范围为1527nm-1531nm，最大通道数为8，其中两个通道连接两支用于监测环境温度的光纤光栅温度传感器，用于为复合绝缘子的温度提供环境参考温度。

5.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，所述第一Lora模块和北斗模块通过射频天线周期性地发送温度数据。

6.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，所述第二Lora模块将温度转换成标准指令，北斗模块接收标准指令中的北斗指令，并通过射频天线发送至北斗卫星系统，经北斗卫星系统中转后传送至远程监测站。

7.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，所述远程监测站包括北斗接收终端和监测终端，北斗接收终端用于将北斗卫星系统转发的北斗卫星数据转换成标准数据帧，经协议转换后通过串口发送到监测终端。

8.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，所述远端监测站利用环境温度对复合绝缘子高压端和低压端的温度进行校准，并根据高压端和低压端的温度差进行预警。

9.如权利要求1所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统，其特征在于，所述温度监测系统还包括供电系统，所述供电系统包括蓄电池、太阳能充电电池板和充放电控制器；所述太阳能充电电池板安装在塔头低压区，并将太阳能转换成电能以给蓄电池充电。

10.一种利用权利要求1-9任一项所述的基于VCSEL波长解调的光纤光栅绝缘子温度监测系统的工作方法，其特征在于，包括：

在复合绝缘子高压端和低压端分别预埋入光纤光栅；

在输电高塔塔头两侧分别放置用于监测环境温度的光纤光栅温度传感器；

由多通道VCSEL波长解调模块对光纤光栅在不同温度下的波长变化进行解调，得到复合绝缘子高压端温度、低压端温度和环境温度，并由第一Lora模块周期性地向Lora+北斗通讯基站发送温度数据；

由第二Lora模块接收复合绝缘子高压端温度、低压端温度和环境温度，并经Lora协议和北斗协议的转换后，通过北斗模块将温度转发至远端监测站，以根据高压端和低压端的温度差及环境温度进行预警。