[发明专利]一种基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统

摘要

本发明属于煤矿安全生产与电力设备运行状态评估诊断技术领域，一种基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统，包括温度与定位测量系统、局部放电量测量系统、介质损耗测量系统、断裂伸长率测量系统、机械应力测量系统、专家诊断主机系统及上位机。一种多参量光纤复合电缆专家诊断系统实现了温度监测与预警、连续监测光纤复合电缆运行温度与精确定位，局部放电量、介质损耗等电气参量的在线监测与诊断评估，实现了断裂伸长率、机械应力等机械参量的监测与诊断评估，突破了现有技术的不足，充分发挥该专家诊断系统的高效、精确、多参量的综合诊断评估，最大程度地监测光纤复合电缆的运行状态，实现光纤复合电缆寿命的精确预测与高效安全应用的目标。

主权项

一种基于多参量的光纤复合电缆专家诊断系统，其特征在于，该光纤复合电缆专家诊断系统包括温度与定位测量系统、局部放电量测量系统、介质损耗测量系统、断裂伸长率测量系统、机械应力测量系统、专家诊断主机系统及上位机；温度与定位测量系统光纤测温主机和声光报警系统；光纤测温主机包括电源模块、主板、液晶控制模块、通信模块、光路设计路模块和电路设计模块；电源模块为液晶控制模块及主板供电；主板控制液晶控制模块、通信模块和信号处理模块，实现主板与各模块的连接配置；通信模块实现光纤测温主机的数据通信；光路设计模块由光发射模块和光解调模块组成；光发射模块包括激光器模块和光纤放大器模块；光解调模块包括光纤耦合器和光滤波器，光纤耦合器包括拉曼散射模块、光电探测模块和传感光缆模块；激光器模块发出脉冲光信号，经由光纤放大器模块提升脉冲光能量，将提升后的脉冲光经拉曼散射模块直接传输至光纤复合电缆内置感温光纤中，在光纤复合电缆中传播，同时不断有后向散射光，回到拉曼散射模块，经由两路光滤波器，分别筛选出后向散射光中的斯托克斯光与反斯托克斯光，直接进入电路模块的光电转换模块中；电路设计模块包括采集处理模块和光电转换模块；采集处理模块包括终端管理系统、处理单元和采集电路；光电转换模块包括光电探测器和双路放大器；光电转换模块对接收到的光路模块中的光滤波器选择的斯托克斯光和反斯托克斯光，经由双路放大器将信号放大并实现光电转换，将光信号转变为电信号，直接进入采集处理模块；采集处理模块的终端管理系统、处理单元和采集电路集成于主板，主板采用MCU+FPGA架构；FPGA控制采集电路，MCU控制外设初始化；FPGA采集的数据与终端管理系统的CPU进行通信，再通过LAN网口把数据传输至专家诊断主机系统后存储，在专家诊断主机系统的集中监控中心模块进行数据运算，并将结果显示在上位机；声光报警系统包括温控电路模块和通信电路模块，温控电路模块为两路，分别提供恒温给激光器模块和光电探测器；当温控电路模块测量温度超过光纤复合电缆感温光纤的上限值时，通信电路模块控制声光报警系统自动发出报警信号；局部放电量测量系统包括电源模块、传感器模块、无线传输模块、信号采集处理模块、数据处理模块、数据通信模块和显示模块；电源模块为传感器模块、信号采集处理模块、数据处理模块和数据通信模块供电；传感器模块设有高频传感器和特高频传感器，其成圆筒状敷设在光纤复合电缆的外绝缘表面，将检测到的放电信号通过无线传输模块传输到信号采集处理模块，通过A/D转换直接进入数据处理模块，对放电信号数据进行多层处理，再通过数据通信模块传输放电信号数据信息至专家诊断主机系统进行存储；介质损耗测量系统包括可变频调压电源、测量模块、数据存储模块、数据通信模块和控制面板；可变频调压电源由内部的逆变电源产生，经升压变压器升压后的测试电压频率可调；测量模块的标准回路由内置介损测试电桥与测量电路组成，被试回路由被试品和测量线路组成，测量电路由取样电阻、前置放大器和A/D转换器组成；通过测量电路分别测得标准回路与被试回路电流幅值及其相位差，再由数字信号处理器运用数字化实时采集方法，通过矢量运算得出被试品的电容值和介质损耗正切值；电容值和介质损耗正切值直接存入数据存储模块，数据存储模块配备有日历芯片和大容量存储器，将检测结果按时间顺序保存，随时可以查看历史记录，并支持打印输出；控制面板用于显示介质损耗测量系统的状态；通过数据通信模块传输电容值和介质损耗正切值数据信息至专家诊断主机系统进行存储；断裂伸长率测量系统包括检测标记模块、扫描模块、图像采集处理模块、数据处理模块、数据通信模块和显示模块；检测标记模块在光纤复合电缆表面进行环绕式等距离标记，标记每个分隔点的位置，记为光纤复合电缆表面检测点；扫描模块用来扫描光纤复合电缆表面附着的标记点，通过扫描模块将点序列传输到图像采集处理模块；图像采集处理模块对扫描模块传输的点序列通过图像模拟方法形成对应的图像，并对其赋予相应的坐标信息；数据处理模块对图像的各点坐标信息进行采集转换，对相邻各点间的距离进行计算分析，构造对应的数据库；数据通信模块将数据库信息通过数据通信模块传输到专家诊断主机系统，与专家诊断主机系统中心数据库对比分析，对当前光纤复合电缆的运行状态进行诊断评估；机械应力测量系统包括电源模块、感器模块、无线传输模块、信号采集处理模块、数据处理模块、数据通信模块和显示模块；电源模块为传感器模块、信号采集处理模块、数据处理模块和数据通信模块供电；传感器模块设有压力传感器，其为可拆卸圆筒状传感器，敷设在光纤复合电缆的外绝缘表面，将检测到的压力信号通过无线传输模块传输到信号采集处理模块变为电信号，通过A/D转换进入数据处理模块，对数据进行处理，再通过数据通信模块传输到专家诊断主机系统进行存储；通过专家诊断主机系统对机械压力进行特征量提取，并与专家诊断评估数据库标准量分析对比，再将提取的特征量与标准量传输到专家诊断评估系统的诊断评估模块进行状态评估；专家诊断主机系统包括数据库系统、人机界面系统和诊断评估系统；数据库系统包括数据存储模块、系统算法模块和通信模块；通信模块将系统获得的各个子系统的数据通过通信模块传输到数据库系统，利用数据存储模块将子系统的数据存储到对应数据库，构建光纤复合电缆运行状态数据库、寿命评估数据库及故障类型数据库，用于保存报警历史数据、系统执行的相关参数等，具有上电保存功能；系统算法模块包括数据运算、报警和数据导出部分，该模块提供从数据库中获取、检索、显示数据以及诊断分析的方法；人机界面系统包括输入装置模块、显示模块、存储库模块、搜索模块和调用模块；该系统进行人机交互，完成数据的输入输出，实现内部信息与外部信息的转换；诊断评估系统包括数据处理模块、核心算法模块、诊断评估模块、决策评价模块。