基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統的製作方法
2023-07-21 02:36:21 1
基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統的製作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種基於光纖-微機電（MEMS）傳感器技術的輸電線路在線多參數監測系統。所述系統包括依次連接的設置在所述輸電線路上的測量模塊、傳輸模塊、數據處理模塊和監控主機；所述測量模塊包括光纖-微機電傳感器單元；所述傳輸模塊包括相互連接的波分復用器和光纖複合架空地線光纜；所述的數據處理模塊包括依次連接的光路單元、光電轉換電路單元、數位訊號處理單元和聲光電報警單元。該監測系統通過光纖-微機電傳感器對輸電線路運行狀態多參數進行實時信號採集，並通過光纖進行數據傳輸，在數據處理單元對數據進行轉換接收和處理，實現高集成度、微型化和低功耗的監測及預警。
【專利說明】基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統
【技術領域】:
[0001]本實用新型涉及一種在線監測系統，更具體涉及一種基於光纖-微機電(MEMS)傳感器技術的輸電線路在線多參數監測系統。
【背景技術】:
[0002]輸電線路覆冰、微風振動、舞動會弓I起輸電線路過荷載、導線舞動、杆塔傾倒、絕緣子串覆冰閃絡、短路跳閘及過負載等事故，造成巨大的經濟損失和嚴重的社會影響。開展輸電覆冰有效監測可以實時獲得輸電線路覆冰狀況，提前進行災害預防，另外對輸電線路導線溫度進行監測，可以為電力負荷動態增容提供技術支撐，具有明顯的經濟價值和社會意義。因此，採用先進技術手段對輸電線路運行狀態進行有效地在線監測，實時掌握輸電線路運行狀態，實現早期災害預警、減小停電損失、避免惡性事故發生以及提高輸電負荷等安全可靠運行目標，輸電線路運行狀態的在線監測是輸電線路安全運行的發展趨勢。
[0003]現有輸電線路覆冰監測技術主要有:輸電線路覆冰厚度在線監測裝置、輸電線路微風振動在線監測裝置、輸電線路舞動在線監測裝置、輸電線路微風振動在線監測裝置及輸電線路微氣象在線監測裝置等裝置，這些類型裝置多採用機械式、電氣式、光纖式等傳感方式，這類型的裝置存在裝置測量單一、體積過大、易受電磁幹擾、準確性和可靠性差、保密性差、供電不可靠、數據通信延遲及丟失數據等問題，極大的限制了在線監測系統在輸電線路運行狀態監測中的應用。
[0004]光纖傳感具有絕緣性能優異、無需外置電源供電、不受電磁幹擾及保密性強等優點，在輸電線路在線監測中有很大的優勢。另外，微光機電MEMS加工技術具有尺寸小、敏感傳感元件集成度高、功耗低、成本低、可靠性高等突出特點，在輸電線路惡劣環境下應用有獨特優勢。目前基於光纖光柵和微光機電MEMS加速度計等傳感方式的在線監測裝置已開始應用，但技術應用還不夠完善，傳感器性能不夠優異，本實用新型申請一種基於光纖-微機電MEMS傳感器的輸電線路在線多參數監測系統可以解決上述問題。
實用新型內容:
[0005]本實用新型的目的是提供一種基於光纖-微機電(MEMS)傳感器技術的輸電線路在線多參數監測系統，該監測系統可實現高集成度、微型化和低功耗的監測及預警。
[0006]為實現上述目的，本實用新型米用以下技術方案:一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述系統包括依次連接的設置在所述輸電線路上的測量模塊、傳輸模塊、數據處理模塊和監控主機；所述測量模塊包括光纖-微機電傳感器單元；所述傳輸模塊包括相互連接的波分復用器和光纖複合架空地線光纜；所述的數據處理模塊包括依次連接的光路單元、光電轉換電路單元、數位訊號處理單元和聲光電報警單元。
[0007]本實用新型提供的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述光纖-微機電傳感器單兀包括光纖-微機電溫度傳感器單兀、光纖-微機電振動傳感器單兀、光纖-微機電拉力傳感器單兀、光纖-微機電傾角傳感器單兀、光纖-微機電溫度傳感器單兀、光纖-微機電環境溫度傳感器單兀、光纖-微機電風速風向傳感器單兀、光纖-微機電溼度傳感器單兀和光纖-微機電氣壓傳感器單兀。
[0008]本實用新型提供的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述光纖-微機電傳感器單元的輸出端均與所述波分復用器連接。
[0009]本實用新型提供的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述光纖複合架空地線光纜與所述光路單元連接。
[0010]本實用新型提供的另一優選的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述數位訊號處理單元與所述監控主機連接。
[0011]本實用新型提供的另一優選的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述光路單元包括高頻掃頻光源和光信號分類調製，所述光信號分類調製包括光隔離器、光分割器、光纖F-P濾波器、光耦合器和光柵，所述光柵包括梳狀濾波器光柵、透射式光柵和反射光柵，所述梳狀濾波器光柵和透射式光柵輸出的信號用於對所述反射光柵信號進行標定。
[0012]本實用新型提供的另一優選的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述光電裝換電路單元包括SOA光放大器、光電管和電壓放大器。
[0013]本實用新型提供的另一優選的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述數位訊號處理單元包括AD轉換晶片、DSP和現場可編程門陣列FPGA單元；所述DSP和現場可編程門陣列FPGA單元採用串行通信接口對電信號進行相應的數字濾波和算法分析。
[0014]本實用新型提供的另一優選的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述聲光電報警單元包括P型三極體和功率繼電器。
[0015]本實用新型提供的另一優選的一種基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述光纖-微機電導線溫度傳感器單元安裝在輸電導線上，用於監測輸電線路導線溫度；光纖-微機電振動傳感器單元安裝在導、地線(含0PGW)的疲勞危險點，用於監測輸電電線的微風振動情況；光纖-微機電拉力傳感器單元安裝在輸電電線、絕緣子串等位置來監測導線張力，用於監測輸電線路覆冰厚度、導線弧垂和線路舞動；光纖-微機電傾角傳感器單元安裝在輸電電線、絕緣子串等位置來監測導線張力，用於監測輸電線路覆冰厚度、導線弧垂和線路舞動；光纖_微機電環境溫度傳感器單兀、光纖-微機電風速風向傳感器單兀、光纖-微機電溼度傳感器單兀和光纖-微機電氣壓傳感器單兀安裝在輸電桿塔上，用於監測輸電線路環境氣溫、風速、風向、溼度和氣壓等參數。
[0016]和最接近的現有技術比，本實用新型提供技術方案具有以下優異效果
[0017]1、本實用新型中結合光纖傳感和MEMS加工技術的綜合優勢而設計的傳感器，具有光纖和MEMS技術的綜合優勢，使得該傳感器的測量精度高、穩定性和可靠性好、微功耗、體積小巧、集成度高和無源測量等特點；
[0018]2、本實用新型採用將光纖-MEMS微機電分布式測量技術、數位訊號處理技術和集成電路技術相結合，可對多個輸電線路監測區域進行同時監測，大大降低了系統成本；
[0019]3、本實用新型具有光纖解調裝置，無需獨立的光電探測儀及光纖解調儀，可採用多處理方法對光信號進行解調，具有測量結果準確度高、擴展性能好及體積小巧等特點；
[0020]4、本實用新型監測系統應用光纖-MEMS傳感器對輸電線路運行狀態多參數進行實時信號採集，通過光纖進行數據傳輸，在數據處理單元對數據進行轉換接收和處理，實現高集成度、微型化和低功耗的監測及預警。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0021]圖1為本實用新型在線監測多參數的監測系統示意圖；
[0022]圖2為本實用新型在線監測系統結構示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結合實施例對實用新型作進一步的詳細說明。
[0024]實施例1:
[0025]如圖1-2所示，本例的實用新型的基於光纖-微機電(MEMS)傳感器技術的在線參數監測系統包括依次連接的測量模塊、傳輸模塊、數據處理模塊和監控主機；所述測量模塊包括光纖-MEMS微機電傳感器單兀,所述傳輸模塊包括相互連接的波分復用器和OPGW光纖複合架空地線光纜，所述波分復用器採用200GHz信道間隔密集光波分復用器。所述數據處理模塊包括光路單元、光電裝換電路單元、數位訊號處理單元和聲光電報警單元；所述光纖複合架空地線光纜與所述光路單元連接，所述數位訊號處理單元與所述監控主機相連。
[0026]所述測量模塊，用於接收光纖傳來的光信號，並將反射後的光信號傳輸到所述的傳輸模塊。所述傳輸模塊，用於傳輸入射光信號和反射的光信號。所述數據處理模塊，用於接收反射後光信號，對光信號的波長進行解調，並對解調後的數據進行處理和分析。
[0027]所述光纖-MEMS微光機電傳感器單兀包括光纖-MEMS微機電溫度傳感器單兀、光纖-MEMS微機電振動傳感器單兀、光纖-MEMS微機電拉力傳感器單兀、光纖-MEMS微機電傾角傳感器單兀、光纖-MEMS微機電溫度傳感器單兀、光纖-MEMS微機電環境溫度傳感器單兀、光纖-MEMS微機電風速風向傳感器單兀、光纖-MEMS微機電溼度傳感器單兀和光纖-MEMS微機電氣壓傳感器單兀。
[0028]其中，所述的光纖-MEMS微機電拉力傳感器單兀、光纖-MEMS微機電傾角傳感器單兀、光纖-MEMS微機電環境溫度傳感器單兀、光纖-MEMS微機電風速風向傳感器單兀、光纖-MEMS微機電溼度傳感器單兀和光纖-MEMS微機電氣壓傳感器單兀用於測量導線張力和環境氣象參數，根據模型來計算輸電導線的覆冰厚度。
[0029]所述光纖-微機電導線溫度傳感器單元安裝在輸電導線上，用於監測輸電線路導線溫度；光纖-微機電振動傳感器單元安裝在導、地線(含0PGW)的疲勞危險點，用於監測輸電電線的微風振動情況；光纖-微機電拉力傳感器單元安裝在輸電電線、絕緣子串等位置來監測導線張力，用於監測輸電線路覆冰厚度、導線弧垂和線路舞動；光纖-微機電傾角傳感器單元安裝在輸電電線、絕緣子串等位置來監測導線張力，用於監測輸電線路覆冰厚度、導線弧垂和線路舞動；光纖-微機電環境溫度傳感器單兀、光纖-微機電風速風向傳感器單兀、光纖-微機電溼度傳感器單兀和光纖-微機電氣壓傳感器單兀安裝在輸電桿塔上，用於監測輸電線路環境氣溫、風速、風向、溼度和氣壓等參數。
[0030]所述光路單元包括高頻掃頻光源和光信號分類調製，所述光信號分類調製包括光隔離器、光分割器、光纖F-P濾波器、光耦合器和光柵，所述光柵包括梳狀濾波器光柵、透射式光柵和反射光柵，所述梳狀濾波器光柵和透射式光柵輸出的信號用於對所述反射光柵信號進行標定。
[0031]所述光電裝換電路單元包括SOA光放大器、光電管和電壓放大器。
[0032]所述數位訊號處理單元包括ADI24位AD轉換晶片、TIC6000系列DSP和XILINXSpartan2系列現場可編程門陣列FPGA單兀，所述DSP和現場可編程門陣列FPGA單兀米用串行通信接口對信號進行相應的數字濾波和算法分析。
[0033]所述聲光電報警單元包括P型三極體和功率繼電器。
[0034]本系統使用前，根據輸電線路在線監測多參數監測的技術要求，在數位訊號處理單元中設定拉力參數、傾角參數、導線溫度參數、振動參數、風速和風向參數、環境溫度參數、溼度參數和氣壓參數等參數，用於不同參數的信號處理。光纖發出不同波長的光信號，不同波長用於區分拉力參數、傾角參數、導線溫度參數、振動參數、風速和風向參數、環境溫度參數、溼度參數和氣壓參數傳感器，光纖-MEMS傳感器把上述參數轉換為相應反射波波長的變化，所述光纖-MEMS傳感器的輸出統一接到波分復用器，實現將多束測量信號整合在一根光纖，利用OPGW進行信號傳輸，光路單元和光電轉換電路單元進行信號轉換後送入信號處理單元進行波長解調和相應信號處理，處理後的數據送到監控主機上，當運行參數達到預警值時，自動進行聲、光報警，實現異常提示。
[0035]本實用新型所採用的傳感方式為光纖-MEMS傳感器技術，該技術具有光纖和MEMS技術的綜合優勢，使得所設計的傳感器具有測量精度高、頻率響應好、穩定性和可靠性好、微功耗、體積小巧、集成度高和無源測量等特點。
[0036]本實用新型採用將光纖-MEMS微光機電分布式測量技術、數位訊號處理技術和集成電路技術相結合，無需獨立的光電探測儀及光纖解調儀，可採用多處理方法對光信號進行解調，具有測量結果準確度高、擴展性能好及體積小巧等特點，可對多個輸電線路監測區域進行同時監測，大大降低了系統成本。
[0037]最後應該說明的是:以上實施例僅用以說明本實用新型的技術方案而非對其限制，儘管參照上述實施例對本實用新型進行了詳細說明，所屬領域的普通技術人員應當理解:依然可以對本實用新型的【具體實施方式】進行修改或者等同替換，而未脫離本實用新型精神和範圍的任何修改或者等同替換，其均應涵蓋在本權利要求範圍當中。
【權利要求】
1.基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，所述系統包括依次連接的設置在所述輸電線路上的測量模塊、傳輸模塊、數據處理模塊和監控主機；其特徵在於:所述測量模塊包括光纖-微機電傳感器單元；所述傳輸模塊包括相互連接的波分復用器和光纖複合架空地線光纜；所述的數據處理模塊包括依次連接的光路單元、光電轉換電路單元、數位訊號處理單元和聲光電報警單元。
2.如權利要求1所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述光纖-微機電傳感器單兀包括光纖-微機電溫度傳感器單兀、光纖-微機電振動傳感器單兀、光纖-微機電拉力傳感器單兀、光纖-微機電傾角傳感器單兀、光纖-微機電導線溫度傳感器單兀、光纖-微機電環境溫度傳感器單兀、光纖-微機電風速風向傳感器單兀、光纖-微機電溼度傳感器單兀和光纖-微機電氣壓傳感器單兀。
3.如權利要求1所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述光纖-微機電傳感器單元的輸出端均與所述波分復用器連接。
4.如權利要求1所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述數位訊號處理單元與所述監控主機連接。
5.如權利要求4所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述光纖複合架空地線光纜與所述光路單元連接。
6.如權利要求5所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述光路單元包括高頻掃頻光源和光信號分類調製，所述光信號分類調製包括光隔離器、光分割器、光纖F-P濾波器、光耦合器和光柵，所述光柵包括梳狀濾波器光柵、透射式光柵和反射光柵，所述梳狀濾波器光柵和透射式光柵輸出的信號用於對所述反射光柵信號進行標定。
7.如權利要求1所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述光電裝換電路單兀包括SOA光放大器、光電管和電壓放大器。
8.如權利要求1所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述數位訊號處理單元包括AD轉換晶片、DSP和現場可編程門陣列FPGA單元；所述DSP和現場可編程門陣列FPGA單元採用串行通信接口對電信號進行相應的數字濾波和算法分析。
9.如權利要求1所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述聲光電報警單元包括P型三極體和功率繼電器。
10.如權利要求2所述的基於光纖-微機電傳感器的輸電線路在線參數監測系統，其特徵在於:所述光纖-微機電導線溫度傳感器單元安裝在輸電導線上，用於監測導線的溫度；光纖-微機電微風振動傳感器單元安裝在輸電導線、地線的疲勞危險處，用於監測導地線微風振動情況；光纖-微機電拉力傳感器單元安裝在導線接頭出，用於測量導地線的張力；光纖-微機電傾角傳感器單元安裝在輸電導線或杆塔上，用於監測導線或杆塔的傾角，適用於等值覆冰厚度監測、導線弧垂監測、導線風偏監測和杆塔傾斜監測；光纖-微機電環境溫度傳感器單元安裝在杆塔上，用於輸電線路環境溫度監測；光纖-微機電風速風向傳感器單元安裝在杆塔上，用於輸電線路環境風速監測；光纖-微機電溼度傳感器單元和光纖-微機電氣壓傳感器單元安裝在杆塔上，分別用於輸電線路環境溼度和大氣壓監測。
【文檔編號】G01D21/02GK203561385SQ201320694250
【公開日】2014年4月23日 申請日期:2013年11月5日 優先權日:2013年11月5日
【發明者】楊吉 申請人:國家電網公司, 中國電力科學研究院