[发明专利]一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统及监测方法

权利要求书

1.一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统，其特征在于：该系统由光纤复合架空地线(OPGW光缆)、光纤传感信号解调仪、处理装置、显示终端、GPRS无线传输设备和远程监控终端组成；所述光纤传感信号解调仪主要由窄线宽激光器、声光调制器、掺铒光纤放大器、隔离器、起偏器、环形器、偏振分束器、光电探测器构成；声光调制器将窄线宽激光器产生的连续光调制成周期性的脉冲光信号，该调制光脉冲在掺铒光纤放大器中放大，经隔离器有效隔离反射光，利用起偏器得到偏振光后从环形器1、2端口注入架空输电线路的OPGW光缆，脉冲光信号沿OPGW光缆传输时产生的后向瑞利散射光从环形器2、3端口进入偏振分束器，将散射光分成振动方向相互垂直的两路光，选择一路或两路光并行通过光电探测器进行光电转换，然后由处理装置对转换后的电信号进行数据采集、分析和处理，在显示终端进行显示和报警提示，分析和处理后的数据由GPRS无线传输设备传输至远程监控终端。

2.根据权利要求1所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统，其特征在于：处理装置包括A/D转换器、微处理器(MCU)、数据存储器、GPRS无线传输设备通信串口；其中A/D转换器通过BNC接头和光纤传感信号解调仪的光电探测器输出端口相连接，得到的数字信号写入数据存储器；处理装置的GPRS无线传输设备通信串口与GPRS无线传输设备通过RS232串口线连接。

3.一种基于权利要求1-2任一项所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统的监测方法，其特征在于：当线缆发生风舞时，首先需要确定其发生的位置和时间，对采集信号P_l[t]，其中t表示采样时间序号，l为距离标号，P_l[t]表示t时刻、光纤位置l处后向瑞利散射光的光强分布，对于时刻t₀，若某一位置l₀，满足(P_Threshold为光强变化阈值)，则说明此位置光缆内散射光光强发生突变，判定此位置、此时刻发生了线路风舞或覆冰；对位置l₀处的后向瑞利散射光强信号从时间t₀开始累积得到时间信号序列(T为累积时间)，对进一步分析可以得到位置l₀处风舞及覆冰对线缆的作用。

4.根据权利要求3所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统的监测方法，其特征在于：架空线缆某舞动位置处的实时舞动幅度，由该位置处累积的时间信号进行分析得到，包括摆动幅度标定与校准和实际舞动幅度测量两个阶段，系统安装完毕后需要先在无风环境下进行一次摆动幅度标定与校准，校准通过若干组光缆摆动实验完成，要求各组摆幅等间隔递增以提高测试精度；测量实际舞动幅度时，通过对特征数据查表与比较的方法，能够将本次舞动幅度进行归类；

5.根据权利要求4所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统的监测方法，其特征在于：架空线缆某舞动位置处的实时舞动幅度的具体实现算法如下所述：

步骤一，摆动幅度标定与校准：进行N组摆幅不同的光缆摆动实验，采集位置处随时间变化的风舞数据，记第i组实验数据为计算其方差和最大最小值之差(以下简称峰峰值)构造特征参考数据集其中E²为二维欧氏空间，此特征数据集与光缆摆幅一一对应，以“摆幅-特征参数”数据表形式存储备用，每当光缆材质、长度、跨度、光纤类型等发生变化时，需要重新进行校准并生成新的参考表格；

步骤二，实际舞动幅度测量：对舞动位置l₀处的时间信号序列计算其方差和峰峰值得到特征参数样本点分别计算到特征参考数据集K中各点的欧氏距离，计算过程如式从特征参数数据集K中找到最小欧氏距离样本点对应的特征参数，查找“摆幅-特征参数”数据表，将本次舞动幅度归类到该特征参数所对应的摆幅，至此完成实际舞动幅度的定量测量。

6.根据权利要求3所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统的监测方法，其特征在于：架空线缆某舞动位置处的实时舞动频率通过频谱分析计算得出，对该位置处信号滤除直流分量后，进行傅里叶变换得到其频谱分布，计算出频谱分布中幅度最大及其附近幅度较大的分布区间对应的频率值，即为此时架空线缆的主要舞动频率分量。

7.根据权利要求3所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统的监测方法，其特征在于：采用Haffman编码方法对采集的原始光时域反射信号进行数据压缩编码。

8.根据权利要求7所述的一种输电线缆舞动和覆冰远程在线监测系统的监测方法，其特征在于：Haffman编码的步骤如下：(1)统计每个要编码字符的频率；(2)为每个字符指定一个只包含一个结点的二叉树，把字符的频率指派给对应的树，称之为树的权；(3)寻找权值最小的两棵树，如果多于两棵树权值相同则随机选择两棵，然后把这两棵树合并成一棵带有新的根结点的树，其左右子树分别是所选择的那两棵树；(4)重复步骤(3)直到只剩下最后一棵树结束；结束时，原先的每个结点都成为最后二叉树的一个叶结点；和所有的二叉树一样，从根结点到每个叶结点只有一条唯一的路径；路径行进规则是对每个结点的左指针指派一个权值0，而对每个结点的右指针指派一个权值l；对于每个叶结点来说，这条路径定义了它所对应的Haffman编码；此时则形成一张字符-Haffman编码对照表，留待解码时使用；解码时，由约定好的字符-Haffman编码对照表，顺次将Haffman编码翻译成字符，则解码成功。