[发明专利]一种光纤光栅和光纤拉曼复合传感网络及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于光纤传感技术领域，涉及了一种的利用光纤光栅(FBG)波分复用技术和光纤拉曼效应进行传感网络组网的方法以及实现该方法的设备，适用于需要多节点、高精度、抗电磁干扰的实时传感网络，特别是高压电网中输电线及开关站的健康监测。

背景技术

光纤光栅由于其特有的光纤内部敏感、波长编码、易于组网等优点而成为光纤传感的一种重要器件。利用波分复用技术，光纤光栅阵列被广泛用于光纤准分布式传感，如：铁路、大桥、水坝等的健康监测，主干输电线沿线的温度监控。然而使用波分复用技术，传感网络上的各个光纤光栅的特征反射波长的间隔必须控制在0.8nm以上，这就限制了传感网络上的传感节点数目。

光纤拉曼效应具有是光纤分布式传感网络常用的组网方法。可以对沿光纤的温度和应力做监控。然而目前商用的拉曼光纤传感的空间分辨率在米的量级，可以适用于沿着输电线的健康监控，但是在开关站等需要精确定位的场合，就很难胜任。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足，使用了光纤光栅和光纤拉曼复合传感网络，提出了一种针对于高压电网健康监测的解决方案。本发明利用光纤光栅和光纤拉曼这两个技术的优势互补，具有传感节点多，关键区域的传感精度高，能实现实时检测的优点。同时提供了实现该方法的设备。

本发明解决技术问题所采取技术方案为：

一种光纤光栅和光纤拉曼复合传感网络，包括光纤光栅解调仪、光纤拉曼解调仪、光开关、由多个传感光纤和传感光纤光栅组成的传感网络；

光纤光栅解调仪和光纤拉曼解调仪分别光连接到光开关的两个入射端，光开关的出射端与由多个传感光纤与传感光纤光栅串联的传感网络光连接。

所述的传感网络中的传感光纤光栅之间由传感光纤串接而成。

所述的各个传感光纤光栅之间的特征反射波长间隔在0.8nm以上，实现波分复用。

所述的传感光纤与电力传输网上的输电线紧贴，传感光纤光栅与电力传输网上开关站中需要监控的关键接头紧贴。

实现光纤光栅和光纤拉曼复合传感网络的具体方法为：

光纤光栅解调仪和光纤拉曼解调仪的工作时间由光开关控制。当光开关将光纤光栅解调仪与传感网络连通时，由光纤光栅解调仪发出的宽带光束，经过光开关入射到传感网络中。宽带光束被各个传感光纤光栅滤波并反射，反射光通过光开关回到光纤光栅解调仪，光纤光栅解调仪通过检测各个传感光纤光栅特征反射波长的移动量来解调电力传输网上开关站中关键接头的健康状况；当光开关将光纤拉曼解调仪与传感网络连通时，由光纤拉曼解调仪发出的脉冲激光通过光开关入射到传感网络中。激光沿着传感光纤传播，并激发背向拉曼散射光。背向拉曼散射光经过光开关回到光纤拉曼解调仪。光纤拉曼解调仪根据接收到的拉曼散射光的时刻和强度，解调出沿着传感光纤长度方向输电线不同位置的健康状况。

本发明中光纤光栅解调仪、光纤拉曼解调仪和光开关为成熟产品。本发明适合用于电力传输网络中输电线和开关站关键接头的健康监测。

本发明和传统的监测方案相比，具有传感节点多，关键区域的传感精度高，能实现实时监测，不受电磁干扰的优点。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

具体实施方式

如图1所示，一种光纤光栅和光纤拉曼复合传感网络的设备包括光纤光栅解调仪1、光纤拉曼解调仪2、1×2光开关3、由多个传感光纤4和传感光纤光栅组5成的传感网络6；

光纤光栅解调仪1和光纤拉曼解调仪2分别光连接到1×2光开关3的两个入射端。光开关3的出射端与传感网络6光连接，传感网络6中的传感光纤光栅5之间由传感光纤4串接而成。各个传感光纤光栅5之间的中心波长间隔在0.8nm以上，实现波分复用。传感光纤4与电力传输网上的输电线紧贴，传感光纤光栅5与电力传输网上开关站中需要监控的关键接头紧贴。

光纤光栅解调仪1、光纤拉曼解调仪2和1×2光开关均为成熟产品。

实现光纤光栅和光纤拉曼复合传感网络的具体方法为：

光纤光栅解调仪1和光纤拉曼解调仪2的工作时间由光开关3控制。当光开关3将光纤光栅解调仪1与传感网络6连通时，由光纤光栅解调仪1发出的宽带光束，经过1×2光开关3入射到传感网络6中。宽带光束被各个传感光纤光栅5滤波并反射，反射光通过光开关3回到光纤光栅解调仪1，光纤光栅解调仪1通过检测各个传感光纤光栅5特征反射波长的移动量来解调电力传输网上开关站中关键接头的健康状况；当光开关3将光纤拉曼解调仪与传感网络6连通时，由光纤拉曼解调仪2发出的脉冲激光通过光开关3入射到传感网络6中。激光沿着传感光纤4传播，并激发背向拉曼散射光。背向拉曼散射光经过光开关3回到光纤拉曼解调仪2。光纤拉曼解调仪2根据接收到的拉曼散射光的时刻和强度，解调出沿着传感光纤4长度方向输电线不同位置的健康状况。光纤光栅解调仪1所能解调的光纤光栅5数量有限，但是这种方法传感器定位精度高。而光纤拉曼解调仪2的传感定位精度不高，但是所能解调的传感节点数量很大。因此利用光纤光栅传感器监测输电网络关键节点和利用光纤拉曼效应监测输电网络输电线健康状态的方法，结合了上述两个方法的优点，和传统的监测方案相比，本发明具有传感节点多，关键区域的传感精度高，能实现实时监测，不受电磁干扰的优点。