一種綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，包括光纖傳感系統(tǒng)、光學信號解調系統(tǒng)、工控機系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)；所述光纖傳感系統(tǒng)預置在海底電纜中用于監(jiān)測電纜的溫度、應力和擾動；所述光學信號解調系統(tǒng)接收來自所述光纖傳感系統(tǒng)的光學信號，處理后發(fā)送數(shù)字信號至所述工控機系統(tǒng)；所述工控機系統(tǒng)對輸入信號進行處理并發(fā)送信號至用于顯示及預警的所述監(jiān)控系統(tǒng)。本實用新型能夠對海底電纜的溫度、擾動、應力、載流量情況進行實時監(jiān)測，從而預測出海纜的安全狀況。
【專利說明】一種綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種監(jiān)測海底電纜的裝置，特別涉及一種綜合監(jiān)測海底電纜安全 的裝置。
【背景技術】
[0002] 通常電纜的設計制造在電纜出廠時已檢驗和保證，除一些人為因素外，一般電纜 不會有故障隱患。海底光纜長期埋設在海底，海水的強腐蝕性、海浪的沖刷、海底復雜地形 對海纜的拉扯甚至海底地震等自然因素，再加上漁船拖曳等人為因素，都可能導致海纜通 信的可通率下降和故障增多，從而影響到海纜通信質量。
[0003] 電纜運行中，除上述受海底電纜外部環(huán)境作用于電纜上的動力破壞作用外，其內 部電纜負載（電纜導線工作電流與電壓）的變化也是引起故障的原因。電纜正常運行的 負載與電纜內部溫度有直接關系，電纜的額定功率由電纜纜芯周圍的介質阻熱率決定，進 一步由纜芯周圍溫度來決定。對處在海床內濕度環(huán)境的電纜，隨著溫度越高，周圍的土壤變 熱、阻抗增加、絕緣性差、進一步加快電纜溫度上升、絕緣破壞越快、以致電損增加和電纜承 擔力減小，電纜短時間過載和高溫作用相當于長時間輕載運行，因此，高溫過載對電纜的使 用壽命及損壞相當嚴重。所以對電纜正常運行中的負載變化，即電纜內部的溫度狀況進行 監(jiān)測也是保證電纜正常運行的一種重要措施。
[0004] 海底電纜由于所處的海洋環(huán)境條件，維護保養(yǎng)工作極為困難，一旦發(fā)現(xiàn)其損壞，往 往很難維修，導致平臺停產，造成巨大的經濟損失，其探測和修復往往將耗費大量的人力、 財力和時間，甚至超過新敷設一根電纜的投入。所以防患于未然，對海底動力電纜的運行的 相關參數(shù)進行實時檢測和長期監(jiān)測是十分必要的。
[0005] 目前，研宄的對象要么是陸地高壓電纜，要么采用的方法和技術單一，對特殊環(huán)境 下的敷設在海床上的動力電纜在線監(jiān)測難以直接應用，為此，本文提出了一種綜合監(jiān)測方 案，分析海底電纜運行中內部和外部的因素，應用光纖分布式測量海底電纜溫度、擾動、應 力，計算載流量等技術綜合進行海底電纜的在線監(jiān)測。
【發(fā)明內容】
[0006] 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種綜合監(jiān)測海底電纜安 全的裝置。
[0007] 本實用新型為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是：一種綜合監(jiān) 測海底電纜安全的裝置，包括依次連接的光纖傳感系統(tǒng)、光學信號解調系統(tǒng)、工控機系統(tǒng)以 及監(jiān)控系統(tǒng)；所述光纖傳感系統(tǒng)預置在海底電纜中用于檢測海底電纜的溫度、應力和擾動； 所述光學信號解調系統(tǒng)用于接收來自所述光纖傳感系統(tǒng)的光學信號，處理后發(fā)送數(shù)字信號 至所述工控機系統(tǒng)；所述工控機系統(tǒng)用于對輸入信號進行處理并發(fā)送信號至所述監(jiān)控系 統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)用于對海底電纜的狀態(tài)進行顯示及預警。
[0008] 本實用新型還可以采用如下技術方案：
[0009] 所述光纖傳感系統(tǒng)包括溫度光纖傳感器、應力光纖傳感器和擾動光纖傳感器，所 述溫度光纖傳感器監(jiān)測電纜的溫度，所述應力光纖傳感器監(jiān)測電纜的應力，所述擾動光纖 傳感器監(jiān)測電纜的擾動。
[0010] 所述光學信號解調系統(tǒng)包括溫度信號處理單元、應力信號處理單元和擾動信號處 理單元；所述溫度信號處理單元接收來自所述溫度光纖傳感器信號；所述應力信號處理單 元接收來自所述應力光纖傳感器信號；所述擾動信號處理單元接收來自所述擾動光纖傳感 器信號。
[0011] 所述工控機系統(tǒng)包括溫度監(jiān)測工控機、應力監(jiān)測工控機和擾動監(jiān)測工控機；所述 溫度監(jiān)測工控機接收來自所述溫度信號處理單元的信號；所述應力監(jiān)測工控機接收來自所 述應力信號處理單元的信號；所述擾動監(jiān)測工控機接收來自所述擾動信號處理單元的信 號。
[0012] 所述監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控主機、顯示器和操作鍵盤，所述監(jiān)控主機接收來自所述工 控機系統(tǒng)和所述操作鍵盤的信號，并輸出信號至所述顯示器。
[0013] 所述監(jiān)控系統(tǒng)還包括報警裝置；所述監(jiān)控主機內設比較器，所述比較器將接收到 的信號與預置的電纜安全狀態(tài)基準值進行比較，并輸出信號控制所述報警裝置的工作。
[0014] 還包括AIS系統(tǒng)，所述AIS系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號并發(fā)送海底電纜附近船只位置信號 至所述監(jiān)控系統(tǒng)，
[0015] 還包括通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括交換機與光纖收發(fā)機，所述監(jiān)控系統(tǒng)通過所 述交換機和所述光纖收發(fā)機與所述工控機系統(tǒng)之間通信。
[0016] 本實用新型具有的優(yōu)點和積極效果是：本方法通過應用光纖傳感系統(tǒng)，對海底電 纜的溫度、擾動、應力等安全參數(shù)進行檢測，將高精度分布式監(jiān)測技術運用到海底電纜的安 全監(jiān)測中，，可將海底電纜的最大可允許的極限溫度、擾動、應力、載流量，作為基準值設置 到監(jiān)控系統(tǒng)中，由光纖傳感器對海底電纜的溫度、擾動、應力、載流量情況進行實時檢測，其 檢測的信號通過處理，輸入至監(jiān)控系統(tǒng)中與基準值進行比較，從而預測出海底電纜安全方 面的趨勢狀況，填補了目前針對海底電纜安全綜合監(jiān)測領域的空白，其具有響應快、實時在 線、監(jiān)測全面、提前預測等特點，充分保障了海底電纜的安全運行。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017] 圖1是本實用新型的系統(tǒng)構成框圖；
[0018] 圖2是本實用新型的結構示意圖。
[0019] 圖3是本實用新型的電纜擾動測量工作原理圖；
[0020] 圖4是本實用新型的電纜應力測量工作原理圖；
[0021] 圖中，1、報警裝置；2、顯示器；3、操作鍵盤；4、監(jiān)控主機；5、光纖收發(fā)器；6、交換 機；7、KVM切換器；8、溫度監(jiān)測工控機；9、溫度信號處理單元；10、UPS不間斷電源；11、AIS 系統(tǒng)；12、擾動監(jiān)測工控機；13、擾動信號處理單元；14、應力監(jiān)測工控機；15、應力信號處理 單元。
【具體實施方式】
[0022] 為能進一步了解本實用新型的
【發(fā)明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合 附圖詳細說明如下：
[0023] 請參見圖1?圖2,一種綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，包括依次連接的光纖傳感 系統(tǒng)、光學信號解調系統(tǒng)、工控機系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)；所述光纖傳感系統(tǒng)預置在海底電纜中 用于檢測海底電纜的溫度、應力和擾動；所述光學信號解調系統(tǒng)用于接收來自所述光纖傳 感系統(tǒng)的光學信號，處理后發(fā)送數(shù)字信號至所述工控機系統(tǒng)；所述工控機系統(tǒng)用于對輸入 信號進行處理并發(fā)送信號至所述監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)用于對海底電纜的狀態(tài)進行顯示 及預警。所述光纖傳感系統(tǒng)負責檢測電纜的溫度、應力和擾動等各種工況，輸出的檢測信 號為光學信號；所述光學信號解調系統(tǒng)，負責將光學信號轉變成電信號，再經過模數(shù)轉換成 工控機系統(tǒng)可接收的數(shù)字信號，然后發(fā)送至所述工控機系統(tǒng)；所述工控機系統(tǒng)，可內置存儲 器、比較器、運算器等元器件，可對來自所述光學信號解調系統(tǒng)的數(shù)字信號進行存儲、比較、 運算等進一步處理，輸出信號至所述監(jiān)控系統(tǒng)，由所述監(jiān)控系統(tǒng)進行顯示以及進行聲、光、 語音等各種方式預警。
[0024] 進一步地，所述光纖傳感系統(tǒng)可包括溫度光纖傳感器、應力光纖傳感器和擾動光 纖傳感器等幾種光纖傳感器，所述溫度光纖傳感器監(jiān)測電纜的溫度，所述應力光纖傳感器 監(jiān)測電纜的應力，所述擾動光纖傳感器監(jiān)測電纜的擾動。這些光纖傳感器內置在海底電纜 中，進行溫度、應力、擾動監(jiān)測，可以實時檢測感受到被測點的信息，并按一定規(guī)律進行傳 輸。具有抗電磁干擾、電絕緣、耐腐蝕、本質安全、重量輕、體積小、可撓曲、便于復用與成網(wǎng)， 有利于與現(xiàn)有光通信設備組成遙測網(wǎng)和光纖傳感網(wǎng)絡等特點，適用于海洋平臺惡劣的自然 環(huán)境。
[0025] 進一步地，所述光學信號解調系統(tǒng)可包括溫度信號處理單元9、應力信號處理單元 15和擾動信號處理單元13 ;所述溫度信號處理單元9接收來自所述溫度光纖傳感器信號； 所述應力信號處理單元15接收來自所述應力光纖傳感器信號；所述擾動信號處理單元13 接收來自所述擾動光纖傳感器信號。所述光學信號解調系統(tǒng)，利用光學原理進行光信號的 發(fā)送與接收，對前述的光纖傳感器進行校準，對數(shù)據(jù)可靠性進行測試，并對光學信號進行解 調編譯，輸出數(shù)字信號至所述工控機系統(tǒng)。
[0026] 進一步地，所述工控機系統(tǒng)可包括溫度監(jiān)測工控機8、應力監(jiān)測工控機14和擾動 監(jiān)測工控機12 ;所述溫度監(jiān)測工控機8接收來自所述溫度信號處理單元9的信號；所述應 力監(jiān)測工控機14接收來自所述應力信號處理單元15的信號；所述擾動監(jiān)測工控機12接 收來自所述擾動信號處理單元13的信號。所述工控機系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)采集、傳輸、分析與儲 存的功能，其首先對所述光學信號解調系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行實時數(shù)據(jù)采集和解調工作，隨后，將 得到的數(shù)據(jù)傳輸至所述監(jiān)控系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)顯示。工控機又稱工業(yè)控制計算機，是專門為工 業(yè)控制設計的計算機，用于對生產過程中使用的機器設備、生產流程、數(shù)據(jù)參數(shù)等進行監(jiān)測 與控制，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、運算、存儲、傳輸以及分析等功能，工控機經常會在環(huán)境比較惡劣 的環(huán)境下運行，對數(shù)據(jù)的安全性要求也更高，所以工控機通常會進行加固、防塵、防潮、防腐 蝕、防福射等特殊設計。
[0027] 進一步地，所述監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控主機4、顯示器2和操作鍵盤3,所述監(jiān)控主機4 接收來自所述工控機系統(tǒng)和所述操作鍵盤3的信號，并輸出信號至所述顯示器2。所述監(jiān)控 系統(tǒng)還可包括報警裝置1 ;所述監(jiān)控主機4可內設比較器，所述比較器將接收到的信號與預 置的電纜安全狀態(tài)基準值進行比較，并輸出信號控制所述報警裝置1的工作。監(jiān)控系統(tǒng)負 責整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)顯示工作，系統(tǒng)通過對工控機系統(tǒng)實時采集的數(shù)據(jù)進行收集處理，顯示 信息，所述監(jiān)控主機4提取出有用的數(shù)據(jù)進行與預設值的對比，當所測的數(shù)值超過預設報 警值時，監(jiān)控系統(tǒng)即啟動報警裝置，對海底電纜的安全狀況進行預警。監(jiān)控系統(tǒng)提供豐富的 圖形化界面，供用戶操作，可以實時顯示和處理監(jiān)控數(shù)據(jù)，將處理分析結果以圖形或圖表形 式顯示出來，可以直觀的顯示運行和故障信息。所述顯示器2和操作鍵盤3可用KVM切換器 7代替，所述KVM切換器，又稱多計算機切換器，英文縮寫KVM，就是Keyb 〇ard、Vide〇、M〇uSe 的縮寫。其包括一組鍵盤、顯示器和鼠標，能夠控制2臺、4臺、8臺、16臺甚至到4096臺以 上的計算機主機。本實用新型采用KVM切換器目的是為了操作工控機系統(tǒng)，應用KVM切換 器可以在一臺顯示器的情況下分別切換操作監(jiān)測主機、溫度工控機、應力工控機和擾動工 控機，通過串口與其他工控機相連接。
[0028] 進一步地，還可包括AIS系統(tǒng)，所述AIS系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號并發(fā)送海底電纜附近船 只位置信號至所述監(jiān)控系統(tǒng)，所述AIS系統(tǒng)收集船舶航行等有關信息并直觀地顯示船舶的 相對位置和運動方向，自動接收裝有AIS設備的AIS信息。通過AIS的使用能有效避免船 舶在海纜周圍拋錨對海纜造成的損傷，并實時準確記錄了海纜周圍的船舶信息，為預防拋 錨損傷、事故追責提供可靠依據(jù)。
[0029] 此外，本實用新型還可包括通信系統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)可包括交換機6與光纖收發(fā) 機5,所述監(jiān)控系統(tǒng)可通過所述交換機6和所述光纖收發(fā)機5與所述工控機系統(tǒng)之間通信。
[0030] 上述設備的供電電源可采用UPS不間斷電源10供電。
[0031] 本實用新型可采用如下的工作原理來實現(xiàn)對電纜的溫度、應力和擾動等各種工況 的檢測：
[0032] 測量點溫度測量原理：
[0033] 基于拉曼散射效應，和入射光激發(fā)晶格諧振的頻率相比，散射光的譜線頻率發(fā)生 了位移。反斯托克斯光的強度和溫度有關，斯托克斯光和溫度無關，而反斯托克斯光的強度 隨溫度的變化而變化，由反斯托克斯光與斯托克斯光光強之比和溫度的定量關系，可得溫 度值T :
【權利要求】
1. 一種綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，包括依次連接的光纖傳感系統(tǒng)、 光學信號解調系統(tǒng)、工控機系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)；所述光纖傳感系統(tǒng)預置在海底電纜中用于 檢測海底電纜的溫度、應力和擾動；所述光學信號解調系統(tǒng)用于接收來自所述光纖傳感系 統(tǒng)的光學信號，處理后發(fā)送數(shù)字信號至所述工控機系統(tǒng)；所述工控機系統(tǒng)用于對輸入信號 進行處理并發(fā)送信號至所述監(jiān)控系統(tǒng)，所述監(jiān)控系統(tǒng)用于對海底電纜的狀態(tài)進行顯示及預 警。
2. 根據(jù)權利要求1所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，所述光纖傳感 系統(tǒng)包括溫度光纖傳感器、應力光纖傳感器和擾動光纖傳感器，所述溫度光纖傳感器監(jiān)測 電纜的溫度，所述應力光纖傳感器監(jiān)測電纜的應力，所述擾動光纖傳感器監(jiān)測電纜的擾動。
3. 根據(jù)權利要求2所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，所述光學信號 解調系統(tǒng)包括溫度信號處理單元、應力信號處理單元和擾動信號處理單元；所述溫度信號 處理單元接收來自所述溫度光纖傳感器信號；所述應力信號處理單元接收來自所述應力光 纖傳感器信號；所述擾動信號處理單元接收來自所述擾動光纖傳感器信號。
4. 根據(jù)權利要求3所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，所述工控機系 統(tǒng)包括溫度監(jiān)測工控機、應力監(jiān)測工控機和擾動監(jiān)測工控機；所述溫度監(jiān)測工控機接收來 自所述溫度信號處理單元的信號；所述應力監(jiān)測工控機接收來自所述應力信號處理單元的 信號；所述擾動監(jiān)測工控機接收來自所述擾動信號處理單元的信號。
5. 根據(jù)權利要求1所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，所述監(jiān)控系統(tǒng) 包括監(jiān)控主機、顯示器和操作鍵盤，所述監(jiān)控主機接收來自所述工控機系統(tǒng)和所述操作鍵 盤的信號，并輸出信號至所述顯示器。
6. 根據(jù)權利要求5所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，所述監(jiān)控系統(tǒng) 還包括報警裝置；所述監(jiān)控主機內設比較器，所述比較器將接收到的信號與預置的電纜安 全狀態(tài)基準值進行比較，并輸出信號控制所述報警裝置的工作。
7. 根據(jù)權利要求1所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，還包括AIS系 統(tǒng)，所述AIS系統(tǒng)接收衛(wèi)星信號并發(fā)送海底電纜附近船只位置信號至所述監(jiān)控系統(tǒng)。
8. 根據(jù)權利要求1所述的綜合監(jiān)測海底電纜安全的裝置，其特征在于，還包括通信系 統(tǒng)，所述通信系統(tǒng)包括交換機與光纖收發(fā)機，所述監(jiān)控系統(tǒng)通過所述交換機和所述光纖收 發(fā)機與所述工控機系統(tǒng)之間通信。
【文檔編號】G01K11/32GK204202777SQ201420667002
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月10日 優(yōu)先權日:2014年11月10日
【發(fā)明者】張雪松 申請人:天津億利科能源科技發(fā)展股份有限公司