基于FBG的埋地电缆故障检测方法的研究

发布时间：2019-09-20 05:49

【摘要】：随着智能电网的逐步推进,我国大中城市输配电网也在进一步升级改造,逐步使用埋地电缆代替传统的架空输电网络。当电缆埋入地下时,可能受到地面的沉降和腐蚀等环境影响,当电缆出现故障时往往需要挖开整条线路以确定故障点的位置,不仅延误故障抢修的时间,还消耗了大量的人力物力。光纤布拉格光栅(FBG)对温度、应变以及其它物理量有较好的敏感性,且与中心波长成良好的线性关系。同时,抗电磁干扰性能良好,灵敏度高,易于在埋地电缆中布置成传感网络,进行远距离大范围在线监测。本文设计了一套基于FBG的埋地电缆故障检测系统。该系统可以监测埋地电缆,提高电缆供电的可靠性。本文依据光纤布拉格光栅的基础理论,探究了FBG的基本结构与传感原理。从基本原理中定性分析了光纤布拉格光栅的中心波长与外界温度、应变之间的关系。研究了目前常用且相对成熟的FBG解调方法,根据埋地电缆的实际需求选择基于可调谐光纤F-P滤波器的解调方法,并建立完整的解调系统。详细分析了系统的各个组成部分,以及元件的特性参数。研究了可调谐光纤F-P滤波器的工作原理和其特性参数,设计了适用于F-P滤波器的驱动信号放大电路。由实验得出扫描电压与可调谐光纤F-P滤波器透射波长的关系曲线。对于系统软件的总体设计,重点设计了数据采集和信号处理方法,并对比了串行处理和并行处理方法,通过实验选择并行处理方式,同时给出部分核心LabVIEW程序框图。最后,针对埋地电缆的故障特点,设计专门的FBG温度、应变传感器,并通过实验测试传感器的对温度以及应变的敏感度。
【图文】：

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图 2-1 光纤布拉格光栅的基本结构在纤芯中掺杂如锗离子等杂质，由于锗离子的光敏特性，光纤中被紫外其折射率会发生改变，利用紫外光干涉条纹曝光，由此制作出折射率沿周期分布的光纤布拉格光栅。如果改变两相干紫外光束的相对角度，光变，因此可以制作出不同的中心波长的 FBG[22]。属于反射型光栅，当宽带光经光纤传输时，每两个光栅之间形成窄带的光栅处会被反射回来，不同栅距的反射光波波长肯定不一样。如图 2-2宽带光、图中(b)是反射光及发生漂移的反射光，图中(c)是透射光。图 2-2 FBG 入射、反射、透射光原理图布拉格光栅的光栅方程为：eff n

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1 光纤布拉格光栅的传感原理由于 FBG 是埋地电缆解调系统中的核心传感器，因此有必要对 FBG 的基本原理行细致的研究，在此基础上，才能研发出适用于埋地电缆故障诊断系统的 FBG 传感21]。FBG 的基本结构示意图如图 2-1 所示。图 2-1 光纤布拉格光栅的基本结构如果在纤芯中掺杂如锗离子等杂质，由于锗离子的光敏特性，，光纤中被紫外光照的部分其折射率会发生改变，利用紫外光干涉条纹曝光，由此制作出折射率沿光纤芯轴向周期分布的光纤布拉格光栅。如果改变两相干紫外光束的相对角度，光栅栅也会改变，因此可以制作出不同的中心波长的 FBG[22]。FBG 属于反射型光栅，当宽带光经光纤传输时，每两个光栅之间形成窄带的反射，光在光栅处会被反射回来，不同栅距的反射光波波长肯定不一样。如图 2-2 所示，中(a)是宽带光、图中(b)是反射光及发生漂移的反射光，图中(c)是透射光。
【学位授予单位】：上海电力学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM75

【参考文献】