[发明专利]一种基于斯托克斯参量的光缆覆冰在线监测装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于斯托克斯参量的光缆覆冰在线监测装置及方法，属于光纤传感技术领域，包括：偏振光发生模块、斯托克斯参量测量模块、傅里叶频幅分析模块、光缆振动频率计算模块和覆冰告警模块，偏振光发生模块的光线发出端经光缆与斯托克斯参量测量模块的光线接收端连接，斯托克斯参量测量模块的光线发出端依次经傅里叶频幅分析模块和光缆振动频率计算模块与覆冰告警模块的输入端连接。本方案提高覆冰监测系统的可靠性和稳定性，降低覆冰监测系统成本。

技术领域

本发明涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种基于斯托克斯参量的光缆覆冰在线监测装置及方法。

背景技术

近年来已经发展了多种覆冰监测技术，比如称重法、水平张力-倾角法，倾角-弧垂法，视频图像监测法等，并且在一定范围内获得了实际应用。但是上述覆冰监测主要存在以下几个方面的问题：

（1）传感器的长期工作稳定性和可靠性问题

现有覆冰监测系统均借助安装在杆塔或输电线上的各种拉力/应力/倾角传感器或者视频监控探头，在输电网的高压、强电磁干扰、强腐蚀等恶劣环境下，这些电学传感器的精度、长期工作稳定性和可靠性都存在比较严重的问题，视频监控探头还存在很容易覆冰、被冰雪遮蔽、拍摄角度受限等问题。

（2）传感器的供电问题

各类传感器在信息接收和发送端都需要电源供电，当前覆冰检测终端多采用自取电蓄电池或太阳能蓄电池作为系统的电源。太阳能蓄电池系统采用太阳能电池板供电，不受市电或输电线路影响，是一个独立的自给自足电源系统，但是太阳能蓄电池的转化效率有限，供电时间短，受天气影响严重。自取电蓄电池系统利用市电供电，或者把输电线的高压电变成所需电源，无论哪种方式都会大大增加供电系统的复杂性和成本。

（3）检测终端和监控中心的通信问题

现有覆冰检测系统，无论是称重法、水平张力-倾角法，倾角-弧垂法，还是视频图像监测法，现场测量的各种传感器数据和视频图像数据要传回监控中心，必须另外建立一套通讯系统，如通过无线接力或GPRS/CDMA网络等。考虑到我国幅员辽阔，输电线路超长，因此所需覆冰检测终端数量巨大，建立这样一套覆冰监测数据通讯系统成本较高。此外，视频监控系统数据传输速率非常高，实际使用中还必须采集、传输温湿度、风速、风向等气象数据，更加剧了数据传输系统的使用费用。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术中的不足，提供一种结构简单、鲁棒性强的覆冰监控装置。

为实现以上目的，本发明采用一种基于斯托克斯参量的光缆覆冰在线监测装置，包括：偏振光发生模块、斯托克斯参量测量模块、傅里叶频幅分析模块、光缆振动频率计算模块和覆冰告警模块，偏振光发生模块的光线发出端经光缆与斯托克斯参量测量模块的光线接收端连接，斯托克斯参量测量模块的光线发出端依次经傅里叶频幅分析模块和光缆振动频率计算模块与覆冰告警模块的输入端连接。

进一步地，所述偏振光发生模块采用波长为1550nm的激光器，激光器输出端与所述光缆一端相连。

进一步地，所述斯托克斯参量测量模块包括光束准直器、旋转1/4波片、固定偏振器和光电二极管，光束准直器与所述光缆连接，光束准直器的发出的光线传播路径上依次布置有旋转1/4波片、固定偏振器和光电二极管，光电二极管的光线发出端与所述傅里叶频幅分析模块的输入端连接。

进一步地，所述傅里叶频幅分析模块包括快速傅里叶变换单元和第一显示单元；

快速傅里叶变换单元用于将所述斯托克斯参量测量模块中采集到的斯托克斯参数进行快速傅里叶变换得到频幅关系图；

第二显示单元用于将频幅关系图进行显示。

进一步地，所述光缆振动频率计算模块包括计算光缆振动主频率单元和第二显示单元；