[发明专利]一种高精度光纤复合电缆智能监控平台

摘要

本发明属于煤矿防火防爆、火灾预警安全监测领域，是保护光纤复合电缆安全运行的关键所在，涉及一种高精度光纤复合电缆智能监控平台，包括分布式光纤测温系统、电缆加热温度控制系统、光纤测温校准系统、局部放电在线监测系统、数据交换系统以及上位机。一种智能监控平台集分布式光纤测温系统、电缆加热温度控制系统、光纤测温校准系统、局部放电在线监测系统以及数据交换系统于一体，克服现有技术的不足，充分发挥该平台安全可靠性好、测温与定位精度高、抗电磁干扰能力强、实时连续大范围地监测光纤复合电缆的运行温度及局部放电等优势，最大地发挥光纤复合电缆的传输能力，降低运行成本，实现工程安全应用与实验模拟及精确预测的多元化目标。

主权项

一种高精度光纤复合电缆智能监控平台，其特征在于，该高精度光纤复合电缆智能监控平台包括分布式光纤测温系统、电缆加热温度控制系统、光纤测温校准系统、局部放电在线监测系统、数据交换系统以及上位机；分布式光纤测温系统包括光纤测温主机和声光报警系统；光纤测温主机包括光路模块和电路模块；光路模块由光发射模块和光解调模块组成；光发射模块包括激光器和光纤放大器；光解调模块包括光纤耦合器和光滤波器，光纤耦合器包括拉曼散射模块；激光器发出脉冲光信号，经由光纤放大器提升脉冲光能量，将提升后的脉冲光经拉曼散射模块直接传输至光纤复合电缆内置光纤中，在光纤复合电缆中传播，同时不断有后向散射光，回到拉曼散射模块，经由两路光滤波器，分别筛选出后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光，直接进入电路模块的光电转换模块中；电路模块包括采集处理模块和光电转换模块；采集处理模块包括终端管理系统、处理单元和采集电路；光电转换模块包括光电探测器和双路放大器；光电转换模块对接收到的光路模块中的光滤波器选择的斯托克斯光和反斯托克斯光，经由双路放大器将信号放大并实现光电转换，将光信号转变为电信号，直接进入采集处理模块；采集处理模块的终端管理系统、处理单元和采集电路集成于主板，主板采用MCU+FPGA架构；FPGA控制采集电路，MCU控制外设初始化；FPGA采集的数据与终端管理系统的CPU进行通信，再通过LAN网口把数据传输至数据交换系统存储，在数据交换系统的集中监控中心模块进行数据运算，并将结果显示在上位机上；声光报警系统包括温控电路模块和通信电路模块，温控电路模块为两路，分别提供恒温信号给激光器模块和光电探测器；当温控电路模块测量温度超过光纤复合电缆内置光纤的上限值时，通信电路模块控制声光报警系统自动发出报警信号；电缆加热温度控制系统包括固态继电器模块、加热螺旋线圈模块、空气对流模块、恒温控制模块、温度测量模块、通信模块和温度显示模块；通过固态继电器模块控制电源的通断，通过加热螺旋线圈模块对光纤复合电缆的不同位置进行加热，设定固态继电器控制模块不同的温度阈值，模拟实现光纤复合电缆的多热点分布现象，通过温度测量模块测量加热后光纤复合电缆的温度，待加热螺旋线圈模块加热趋于稳定状态时，固态继电器模块断开，加热中断；通过恒温控制模块与空气对流模块联合控制光纤复合电缆保持恒温，温度测量模块通过对光纤复合电缆不同位置处的温度信息进行采集，数据信息通过通信模块经数据交换系统存储后传输到温度显示模块，实现光纤复合电缆的多热点实时温度测量；光纤测温校准系统包括固态继电器模块、光纤加热模块、恒温控制模块、空气对流模块、光纤校准模块、温度测量模块、通信模块和温度显示模块；通过光纤加热模块对外置光纤进行加热，通过温度测量模块测量加热后光纤的温度，待光纤加热模块加热趋于稳定状态时，固态继电器模块断开，加热中断；通过恒温控制模块与空气对流模块联合控制外置光纤保持恒温；利用光纤校准模块对采集的各点处的温度信息通过参数设定及修正，实现外置光纤与光纤复合电缆内置光纤的温度初始匹配及校准，温度测量模块对外置光纤不同位置处的温度信息进行采集处理，校准后的数据信息通过通信模块经数据交换系统存储后传输到温度显示模块，实现外置光纤的多热点实时温度校准及测量；局部放电在线监测系统包括电源模块、传感器模块、无线传输模块、信号采集处理模块、数据处理模块、数据通信模块、诊断评估模块和显示模块；电源模块为传感器模块、信号采集处理模块、数据处理模块和数据通信模块供电；传感器模块设有高频传感器和特高频传感器，其成圆筒状敷设在光纤复合电缆的外绝缘表面，将检测到的放电信号通过无线传输模块传输到信号采集处理模块，通过A/D转换直接进入数据处理模块，对放电信号数据进行多层处理，再通过数据通信模块传输放电信号数据信息至数据交换系统进行存储；数据交换系统包括数据管理模块、数据通信模块、权限加密模块和数据转换模块；在各子系统数据信息通过各子系统数据通信模块传输到数据交换系统后，数据管理模块根据数据信息的命名选择对应的数据库，对文档数据进行重新命名翻译成接收端能识别的格式后存储；数据通信模块根据需要通信系统的数据库中相应的配置参数及数据信息的参数，选择合适的通信方式转换成相应的数据格式进行通信传输。