[发明专利]应用于海底观测网的海底光电复合缆外力入侵监测系统

说明书

本发明公开了应用于海底观测网的海底光电复合缆外力入侵监测系统，用于和海底光电复合缆的光纤在光电复合缆接头盒内对接，系统包括：窄线宽激光光源、分光器、同步时钟模块、背向瑞利散射模块、光电平衡探测器、采集模块和计算处理模块；通过向光纤中注入周期性探测脉冲光，利用海底光电复合缆中光纤的背向瑞利散射效应得到背向瑞利散射光，和本振信号进行相干叠加后输入采集模块进行采集；计算处理模块根据采集信号判定有无外力入侵，如果有，计算外力入侵位置，基于预先训练好的的外力入侵识别模型，得到外力入侵事件类型。本发明具有灵敏度高、传感动态范围大、故障定位精度高、全天候实时监测以及维护和升级效率高的特点。

技术领域

本发明涉及海底光电复合缆故障监测领域，具体涉及应用于海底观测网的海底光电复合缆外力入侵监测系统。

背景技术

海底光电复合缆是海底观测网水下系统通信和供电的关键媒介，在长期运行过程中，受渔捞作业(拖网、张网)、船锚活动(走锚、起锚)、海底地质活动(冲淤、滑坡、塌陷)及海底光电复合缆敷设施工影响，容易引起海底光电复合缆故障，导致海底观测网水下系统通信和供电中断，严重影响海底观测网正常运行。海底光电复合缆故障主要表现为绝缘故障、光纤故障和短路故障，其中绝缘故障是海底光电复合缆的主要故障，产生绝缘故障的主要原因是海底光电复合缆绝缘层受外力挤压、拉伸破损，但位于缆中心的光纤性能正常，表现为供电导体短路或断裂。

在海底光电复合缆运行维护过程中，工程上现有常用的故障测试技术主要是线路电阻测试和光纤测试方法，其局限性在于：

(1)海底光电复合缆线路电阻测试

在断开供电情况下，利用海缆故障测试仪TINSLEY 5910测试得到海底光电复合缆的回路电阻为R1(Ω)，设海底光电复合缆出厂时其铜导体电阻系数为R2(Ω/km)，则故障位置为L＝R1/R2(km)。当海底光电复合缆的铜导体绝缘层尚未完全击穿或缆沿线出现两点或者两点以上绝缘异常时，R1的值可能出现较大跳动，则计算得到的故障位置值L误差较大。

(2)海底光电复合缆光纤测试

将光时域反射仪(英文缩写为OTDR)接入海底光电复合缆的光纤进行光纤衰减、折弯点、断裂点测试，其定位的前提是光纤发生不可恢复的严重折弯或存在断裂面，由于海底光电复合缆具有铠装和护套保护，光纤位于缆的轴心位置且光纤在保护钢套管内具有冗长，缆在没有断开的情况下其内部的光纤性能正常，无法通过OTDR进行故障点实时定位。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了应用于海底观测网的海底光电复合缆外力入侵监测系统。

为了实现上述目的，本发明提出了一种应用于海底观测网的海底光电复合缆外力入侵监测系统，用于和海底光电复合缆的光纤在光电复合缆接头盒内对接，所述系统包括：窄线宽激光光源、分光器、同步时钟模块、背向瑞利散射模块、光电平衡探测器、采集模块和计算处理模块；其中，

所述窄线宽激光光源，用于产生连续单色的激光；

所述分光器，用于对连续激光进行分光处理，一部分激光作为本振信号输入光电平衡探测器，另一部分激光输入背向瑞利散射模块；

所述同步时钟模块，用于产生周期性的脉冲调制信号输入背向瑞利散射模块，同时产生同源时钟信号输入采集模块；

所述背向瑞利散射模块，用于通过脉冲调制信号对激光进行调制处理，形成探测脉冲光进入海底光电复合缆并激发背向瑞利散射光，经处理后输入光电平衡探测器；

所述光电平衡探测器，用于将本振信号和背向瑞利散射光进行相干叠加并输入采集模块；

所述采集模块，用于根据同源时钟信号对背向瑞利散射光相干叠加的光信号进行采集并将模数转换后的采集信号发送至计算处理模块；