[发明专利]一种海底电缆实时监测系统及监测方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，尤其涉及一种海底电缆实时监测系统及监测方法。

背景技术

我国海岸线长达3.2万公里，大小岛屿有6500多个，领海面积约473万平方公里，海上工作平台众多，海底电缆在远程供电、高压输电、电力通信、信号传输、保证海岛居民的生产生活和海上工作平台正常运行中起关键作用。

由于受到海水的冲刷、侵蚀等因素，容易造成海底电缆的绝缘老化、阻水性能变差，使得海底电缆产生漏电流，从而造成海底电缆在故障点处的温度升高，进而引起更大的故障，譬如：接地短路故障等。海底电缆负载电流的变化，也会使海底电缆的温度产生变化，即海底电缆温度的变化可以反映海底电缆的运行状况，为使海底电缆在安全的温度范围内运行，延长海底电缆使用寿命，有必要对海底电缆健康状况进行日常监控维护。

随着海洋开发利用活动的日益增加，海域内的养殖、渔网、船锚等对海缆运行的影响不容忽视，并且传统方式下，受落锚、抛锚、渔业捕捞、船只拖拽、岸基作业等破坏时无法预警，对事故点的准确定位及肇事船只的确认以及断缆线头打捞困难，影响了事故抢修和损失理赔。因此研究海底电缆健康状况监测的新方法、新手段，对于确保电网安全稳定运行、构建坚强智能电网具有非常重要的意义。

在海底电缆监测系统中，传统的光时域反射器（OTDR）利用光在光纤中传输产生的背向瑞利散射信号进行海缆故障点定位，但这种技术只能在海缆已经被侵害事件破坏产生断裂后进行检测，无法实现侵害事件的实时在线监测。光时域背向拉曼散射分布式光纤传感器（ROTDR）利用多模光纤中的背向拉曼散射信号测量光纤沿线的温度分布，无法实现应变测量，因此该技术只能实现海缆温度信息的在线监测，无法对落锚、船只拖曳等应变事件进行在线监测。因此，海底电缆迫切需要一种有效的实时在线监测方法。

发明内容

针对背景技术中提到的传统的海底电缆监测系统中无法实现海缆运行过程中的温度和应变的在线监测问题，本发明提出了一种海底电缆实时监测系统及监测方法。

一种海底电缆实时监测系统，其特征在于，所述系统包括窄谱光源、第一耦合器、偏振控制器PC、电光调制器EOM、脉冲发生器、第一隔离器、第一掺铒光纤放大器EDFA、第二隔离器、第一光滤波器、环形器、起偏器、传感光纤、第二耦合器、第二掺铒光纤放大器EDFA、检偏器、第三隔离器、第二光滤波器、第一光电检测器、第二光电检测器、数据采集与显示单元和时钟控制单元；

其中，所述窄谱光源、第一耦合器、偏振控制器PC、电光调制器EOM、第一隔离器、第一掺铒光纤放大器EDFA、第二隔离器、第一光滤波器、环形器、起偏器和传感光纤顺次连接；所述窄谱光源用于产生窄谱光；所述第一耦合器的作用是将激光器发射的激光脉冲耦合进偏振控制器PC；所述电光调制器EOM用于调制脉冲光；所述第一隔离器用于防止脉冲光反向传输对窄谱光源造成损害，保证脉冲光单向传输；所述第一掺铒光纤放大器EDFA用于对脉冲光进行放大；所述第二隔离器用于防止脉冲光反向传输对窄谱光源造成损害，保证脉冲光单向传输；所述第一光滤波器用于滤除第一掺铒光纤放大器EDFA给系统引入的自发辐射噪声；所述起偏器的作用是将普通光信号转换成线偏振光；

所述脉冲发生器分别与所述时钟控制单元和电光调制器EOM连接；所述脉冲发生器用于产生脉冲信号，通过电光调制器EOM调制窄谱光，使其变成脉冲光；

所述时钟控制单元分别与所述窄谱光源和数据采集与显示单元连接；所述数据采集与显示单元用于提取瑞利散射光信号的偏振态和相位信息，并进行计算和显示；

所述第二耦合器分别与所述环形器、第二掺铒光纤放大器EDFA和检偏器连接；所述第二耦合器是将背向瑞利散射信号分成两路；所述第二掺铒光纤放大器EDFA用于接收到的光进行放大；所述检偏器用于检测偏振态；

所述第二掺铒光纤放大器EDFA、第三隔离器、第二光滤波器、第一光电检测器和数据采集与显示单元顺次连接；所述第三隔离器用于防止脉冲光反向传输对窄谱光源造成损害，保证脉冲光单向传输；所述第一光电检测器用于将接收到的光信号变为电信号；

所述检偏器、第二光电检测器和数据采集与显示单元顺次连接；所述第二光电检测器用于将接收到的光信号变为电信号。

所述窄谱光源谱宽为3kHz～12.5GHz。

所述系统采用间接调制的方式将窄谱光源产生的激光调制成脉冲光。

所述第一光滤波器包括光环形器和光纤布拉格光栅；所述第一光滤波器带宽等于光源谱宽。