Устройство для мониторинга виброакустической характеристики силовых кабелей и проводов Российский патент 2024 года по МПК G01H9/00 

Изобретение относится к дистанционному контролю (мониторингу) объектов электроэнергетики и предназначено для получения данных о состоянии провода или кабеля высоковольтной линии электропередачи (ВЛ) по характеру виброакустических воздействий на встроенное в провод или кабель оптоволокно и передачи полученной информации на пункт сбора (например, диспетчерский пункт).

Современные системы электроснабжения с использованием высоковольтных кабельных линий предпочтительно строятся на основе кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена. Проведение периодических диагностических испытаний для таких кабелей не обеспечивает необходимого уровня надежности электроснабжения потребителей. Снижение аварийности работы кабельных линий возможно только за счет внедрения в эксплуатацию систем непрерывного мониторинга, которые могут контролировать состояние изоляции кабельных линий в режиме реального времени. Только такие системы могут своевременно выявлять быстро развивающиеся дефекты на самых ранних стадиях, тем самым оперативно предотвращать возможные аварийные ситуации с высоковольтными кабельными линиями. Максимально точная локализация места возникновения дефекта в кабельной линии наиболее полезна при проведении ремонтов подземных кабельных линий, где наибольшую трудоемкость может составлять проведение подготовительных работ, связанных с организацией доступа к месту проведения работ по устранению дефекта (Организация мониторинга технического состояния высоковольтных кабельных линий. DIMRUS Диагностические решения в энергетике, Сайт компании ООО «Димрус», [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://dimrus.ru/texts/cablesm.html, вход свободный - (11.12.2023). Например, для силовых кабельных линий напряжением 1-10 кВ характерны однофазные повреждения. Это самый распространенный вид повреждений. При этом виде повреждений одна из жил кабеля замыкается на его экранирующую оболочку. Известно, что для кабельных сетей акустический метод является основным методом, позволяющим определять повреждения различного характера: однофазные и междуфазные замыкания с различными переходными сопротивлениями, обрывы одной, двух или всех жил. (см., например, О.М. Холянова, Н.Г. Винаковская, МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТ ПОВРЕЖДЕНИЯ КАБЕЛЬНОЙ ЛИНИИ. Учебное электронное издание. Учебно-методическое пособие. Владивосток, ДФУ, 2018, с. 35-38). На ВЛ к неустойчивым повреждениям могут приводить набросы различных предметов на провода, грозовые перекрытия гирлянд подвесных изоляторов, сближение фазных проводов при ветре или «пляске проводов» и т.д. Количество неустойчивых повреждений значительно превосходит количество устойчивых. Основными причинами, вызывающими повреждения на линиях, являются перекрытия изоляции во время грозы, схлестывание и обрывы проводов при гололеде, набросы, перекрытия загрязненной и увлажненной изоляции, ошибки персонала и др.

Известно устройство оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередачи (Патент RU №185311 U1, опубл. 29.11.2018), устанавливаемое на фазном проводе В Л между двумя опорами и содержащее датчики ускорения, температуры, влажности, тока, модуль навигации ГЛОНАСС/GPS), связанные со входами микропроцессора, в котором на основе сигналов от упомянутых датчиков формируется информация с указанием адреса пролета ВЛ об обрыве или коротком замыкании (КЗ) проводов ВЛ на землю, об обледенении и налипании на них снега, об амплитудах раскачивания проводов, о пролетах ВЛ с дефектами, приемопередатчик, обеспечивает связь с диспетчерским пультом, а электроснабжение устройства оперативного мониторинга технического состояния высоковольтных линий электропередачи осуществляется от блока питания, установленного на фазном проводе линии электропередачи.

Известному устройству присущи следующие недостатки:

- необходимость организации радиосвязи между устройствами и диспетчерским пунктом;

- необходимость наличия модулей навигации с целью позиционирования места аварии или пред аварийного состояния;

- необходимость блока питания, установленного на фазном проводе линии электропередачи, что делает проблематичным установку таких устройств на грозозащитный трос и контроль его состояния.

Из уровня техники известны системы контроля, применяющие пассивные датчики, не требующие автономного питания. Такая система рассмотрена в способе и системе автоматического контроля состояния провода воздушных линий электропередачи (Патент RU №2771882 С1, опубл. 13.05.2022). Известное техническое решение заключается в сборе информации о состоянии провода тремя считывающими устройствами, отправляющими опросный сигнал по радиоканалу, на как минимум один беспроводной радиочастотный пассивный акустоэлектронный датчик температуры, установленный на проводе ВЛ. У каждого считывающего устройства имеется свой как минимум один датчик температуры, где формируется модулированный ответный сигнал, несущий информацию о температуре. Считывающие устройства обрабатывают отраженный от пассивного акустоэлектронного датчика температуры опросный сигнал, преобразуя информацию о модуляции ответного сигнала в информацию об изменении температуры провода ВЛ. Встроенный в шкаф системы контроллер собирает от каждого из трех считывающих устройств информацию о температуре и передает данные по беспроводной сети оператору на удаленный сервер. Применение в этой системе пассивных акустоэлектронных датчиков температуры, размещаемых на проводах ВЛ, позволяет избавится от систем питания этих датчиков, но в целом система не лишена недостатков, так как в итоге требует автономного питания, решения вопросов электромагнитной совместимости и помехоустойчивости.

Наиболее близким к заявленному техническому решению - прототипом - является Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта с системой распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей (Патент RU №2801071 С1, опубл. 01.08.2023). В литературе такие устройства упоминаются, как распределенные акустические сенсоры - Distributed Acoustic Sensor, DAS) и позволяют обнаруживать вибрацию (акустические колебания) на расстоянии до нескольких десятков километров вдоль оптического кабеля. В качестве чувствительного элемента, как правило, используется стандартное телекоммуникационное одномодовое волокно (G.652, G.655, G.657). К волокну подключают программно-аппаратный комплекс (ПАК) с системой распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей, который осуществляет непрерывный мониторинг виброакустических событий вдоль оптоволоконного кабеля. Известное устройство для анализа виброакустической «картины» в окрестностях оптоволоконного кабеля использует импульсный зондирующий сигнал и по отраженному Рэлеевскому сигналу рассеяния осуществляет выделение сигналов виброакустического воздействия на оптоволоконный кабель и применяется для контроля состояния протяженных объектов, таких, например, как трубопроводы, мосты, дороги, электрические и оптические кабели и иные ответственные конструкции, а так же для мониторинга повреждений при проведении работ вблизи таких объектов.

К недостаткам прототипа следует отнести его ограниченные эксплуатационные возможности, обусловленные невозможностью одновременно обеспечить максимальную дальность регистрации виброакустического воздействия и определение частоты высокочастотных виброакустических воздействий на оптоволокно. Для регистрации высокочастотных виброакустических воздействий, как правило, повышают частоту повторения зондирующего импульса, что неизбежно приводит к уменьшению дальности (длины оптического волокна), в противном случае, в регистрируемом аппаратурой отраженном сигнале появляются ложные виброакустические сигналы. Для сохранения дальности можно увеличивать длительность зондирующего импульса, но в этом случае ухудшается пространственное разрешение. Таким образом, проблема, решаемая заявленным техническим решением, сводится к устранению вышеуказанных недостатков.

Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения регистрируемого диапазона частот виброакустических воздействий на оптоволоконный кабель при сохранении разрешающей способности и дальности при определении места виброакустического воздействия.

Выявленная проблема решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для мониторинга виброакустической характеристики силовых кабелей и проводов, содержащем функционально связанные приемо-передающий оптический модуль, усилительный оптический модуль, чувствительный элемент, выполненный в виде оптического волокна, и компьютер с системой распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей, причем приемо-передающий оптический модуль содержит узкополосный непрерывный лазер, акустооптический модулятор, блок обработки импульсных зондирующих сигналов и соединенный с компьютером блок постобработки, управления и синхронизации, а усилительный оптический модуль содержит передающий и приемный оптические усилители, оптический циркулятор и оптический фильтр, при этом выход акустооптического модулятора соединен с входом передающего оптического усилителя а вход оптического фильтра соединен с выходом приемного оптического усилителя, приемо-передающий оптический модуль снабжен разветвителем с сохранением поляризации и квадратурным оптическим приемником для двух плоскостей поляризации, блок обработки импульсных зондирующих сигналов выполнен четырехканальным, выход оптического фильтра усилительного оптического модуля соединен с входом квадратурного оптического приемника, выход узкополосного непрерывного лазера соединен со входом разветвителя с сохранением поляризации, первый выход которого соединен со входом акустооптического модулятора, а второй выход соединен с гетеродинным входом квадратурного оптического приемника, квадратурные выходы которого соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя блока обработки импульсных зондирующих сигналов, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов, выход которого соединен с первым входом блока постобработки, управления и синхронизации, приемо-передающий оптический модуль дополнительно снабжен четырехканальным блоком обработки непрерывного зондирующего сигнала, фильтрами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов и драйвером-сумматором, причем блок обработки непрерывного зондирующего сигнала выполнен в виде функционально связанных четырехканального узкополосного регулируемого усилителя непрерывного зондирующего сигнала, второго четырехканального аналого-цифрового преобразователя, второго четырехканального блока обработки сигналов и фильтра частот, причем квадратурные выходы квадратурного оптического приемника дополнительно соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала, выход которого через фильтр частот четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала соединен с вторым входом блока постобработки, управления и синхронизации, снабженного двумя раздельными выходами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов, соединенными с соответствующими фильтрами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов, выходы которых через драйвер-сумматор соединены с модулирующим входом акустооптического модулятора.

Изобретение поясняется изображением, на котором представлена схема заявленного устройства.

Позиции, проставленные на изображении, означают следующее:

1 - узкополосный непрерывный лазер;

2 - акустооптический модулятор;

3 - передающий оптический усилитель;

4 - оптический циркулятор (узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент и вывода рассеянного излучения из него);

5 - чувствительный элемент (оптическое волокно);

6 - приемный оптический усилитель;

7 - оптический фильтр;

8 - квадратурный оптический приемник для двух плоскостей поляризации;

9 - четырехканальный блок обработки сигналов;

10 - фильтр частот;

11 - блок постобработки, управления и синхронизации;

12 - компьютер;

13 - четырехканальный регулируемый усилитель;

14 - четырехканальный аналого-цифровой преобразователь;

15 - разветвитель с сохранением поляризации;

16 - приемо-передающий оптический модуль;

17 - усилительный оптический модуль;

18 - блок обработки импульсных зондирующих сигналов;

19 - драйвер-сумматор модулирующего сигнала акустооптического модулятора;

20 - блок обработки непрерывного зондирующего сигнала;

21 - четырехканальный узкополосный регулируемый усилитель непрерывного зондирующего сигнала;

22 - второй четырехканальный аналого-цифровой преобразователь;

23 - второй четырехканальный блок обработки сигналов;

24 - фильтр частот;

25 - фильтр импульсного зондирующего сигнала;

26 - фильтр непрерывного зондирующего сигнала.

В соответствии с заявленным изобретением, устройство для мониторинга виброакустической характеристики силовых кабелей и проводов содержит функционально связанные приемо-передающий оптический модуль 16, усилительный оптический модуль 17, чувствительный элемент 5, выполненный в виде оптического волокна, и компьютер 12 с системой распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей. Приемо-передающий оптический модуль 16 содержит узкополосный непрерывный лазер 1, акустооптический модулятор 2, блок обработки импульсных зондирующих сигналов 18 и соединенный с компьютером 12 блок постобработки, управления и синхронизации 11. Усилительный оптический модуль 17 содержит передающий 3 и приемный 6 оптические усилители, оптический циркулятор 4 и оптический фильтр 7, при этом выход акустооптического модулятора 2 соединен с входом передающего оптического усилителя 3 а вход оптического фильтра 7 соединен с выходом приемного оптического усилителя 6, приемо-передающий оптический модуль 16 снабжен разветвителем с сохранением поляризации 15 и квадратурным оптическим приемником 8 для двух плоскостей поляризации, блок обработки импульсных зондирующих сигналов 18 выполнен четырехканальным, выход оптического фильтра 7 усилительного оптического модуля 17 соединен с входом квадратурного оптического приемника 8, выход узкополосного непрерывного лазера 1 соединен со входом разветвителя 15 с сохранением поляризации, первый выход которого соединен со входом акустооптического модулятора 2, а второй выход соединен с гетеродинным входом квадратурного оптического приемника 8, квадратурные выходы которого соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя 13 блока обработки импульсных зондирующих сигналов 18, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя 14, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов 9, выход которого соединен с первым входом блока постобработки, управления и синхронизации 11. Приемо-передающий оптический модуль 16 дополнительно снабжен четырехканальным блоком обработки непрерывного зондирующего сигнала 20, фильтрами непрерывного 26 и импульсного 25 зондирующих сигналов и драйвером-сумматором 19 модулирующего сигнала акустооптического модулятора 2, причем блок обработки непрерывного зондирующего сигнала 20 выполнен в виде функционально связанных четырехканального узкополосного регулируемого усилителя непрерывного зондирующего сигнала 21, второго четырехканального аналого-цифрового преобразователя 22, второго четырехканального блока обработки сигналов 23 и фильтра частот 24, причем квадратурные выходы квадратурного оптического приемника 8 дополнительно соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя 21 четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала 20, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя 22 четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала 20, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов 23 четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала 20, выход которого через фильтр частот 24 четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала 20 соединен с вторым входом блока постобработки, управления и синхронизации 11, снабженного двумя раздельными выходами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов, соединенными с соответствующими фильтрами непрерывного 26 и импульсного 25 зондирующих сигналов, выходы которых через драйвер-сумматор 19 соединены с модулирующим входом акустооптического модулятора 2.

Изобретение, как и прототип, основано на том, что различным физическим явлениям, таким как тепловой нагрев, виброакустические воздействия, электрические разряды и прочие, свойственен свой частотный диапазон. Анализ совокупной информации на выходах фильтров частот 10 и 24 (фильтры могут быть многоканальные) об изменении во времени распределения интенсивности, частоты воздействия и аналогичной информации в соседних элементах разрешения позволяет выделить и в дальнейшем классифицировать виброакустическое воздействие, например, виброакустическое воздействие, вызванное частичными электрическими разрядами. Классификация событий осуществляется путем сравнения текущего события с совокупностью эталонов хранящихся в системе распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей, реализованной программным образом в компьютере 12. При совпадении текущего события с одним из эталонов устройство выдает информацию о воздействующем событии. Перед началом эксплуатации устройство для мониторинга виброакустической характеристики силовых кабелей и проводов проходит при необходимости дополнительное обучение. Более подробно эти вопросы раскрыты в материалах, упомянутых при анализе прототипа и не являются предметом настоящего изобретения. Рассмотрим совместную работу приемо-передающего оптического модуля 16, усилительного оптического модуля 17 и их взаимодействия в процессе работы. В приемо-передающем оптическом модуле 16 непрерывное узкополосное излучение от лазера 1 поступает на вход разветвителя с сохранением поляризации 15, первый выход которого соединен со входом акустооптического модулятора 2, в соответствии с логикой управления из блока постобработки, управления и синхронизации 11, снабженного двумя раздельными выходами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов, соединенными с соответствующими фильтрами непрерывного 26 и импульсного 25 зондирующих сигналов, выходы которых через драйвер-сумматор 19 соединены с модулирующим входом акустооптического модулятора 2, принцип работы которого основан на акустооптическом эффекте, возникающем при взаимодействии света с акустическими волнами в оптическом материале. Акустические волны создаются высокочастотным колебанием, поступающим на модулирующий вход акустооптического модулятора 2. Для когерентных рефлектометров характерны значения частот высокочастотных колебаний на его модулирующем входе от десятков мегагерц до нескольких сотен мегагерц. Последовательность оптических импульсов на выходе акустооптического модулятора 2 формируется путем подачи на его модулирующий вход периодически повторяющихся импульсов высокочастотного колебания, длительность огибающей которых равна г, а период Т. Такое модулирующее колебание называют последовательностью радиоимпульсов. Эта последовательность радиоимпульсов формируется блоком постобработки, управления и синхронизации 11 и поступает на вход фильтра импульсного зондирующего сигнала 25. Из теории известно, что спектр последовательности прямоугольных радиоимпульсов дискретный и бесконечный, с огибающей sinx/x, а ограничение полосы пропускания путем подавления высокочастотных спектральных составляющих позволяет улучшить соотношение сигнал/шум. Функцию режекции высокочастотных спектральных составляющих обеспечивает фильтр импульсного зондирующего сигнала 25. Фильтр непрерывного зондирующего сигнала 26 также служит для селекции непрерывного сигнала, сформированного блоком постобработки, управления и синхронизации 11. Отфильтрованные сигналы радиоимпульса и непрерывного сигнала усиливаются в драйвере-сумматоре 19 и поступают на модулирующий вход акустооптического модулятора 2. Следует заметить, что значение частоты непрерывного сигнала выбирают, совпадающей с одной из частот спектра последовательности радиоимпульсов. Длина волны оптического излучения, в частности, может составлять 1550 нм, что соответствует технически хорошо освоенному диапазону телекоммуникационной техники. Излучение оптического зондирующего сигнала с выхода акустооптического модулятора 2 поступает в усилительный оптический модуль 17, а именно, на вход оптического усилителя мощности 3, в котором усиливается, и через оптический циркулятор 4 поступает с выхода усилительного оптического модуля 17 в чувствительный элемент 5 - оптическое волокно, расположенное внутри контролируемого объекта, а именно, силового кабеля или провода высоковольтных линий электропередач. В чувствительном элементе 5 излучение рассеивается на неподвижных неоднородностях волокна без изменения частоты (рассеяние Рэлея). Часть излучения рассеивается назад и распространяется по волокну обратно, затем через оптический циркулятор 4 поступает на приемный оптический усилитель 6 и после усиления и фильтрации оптическим фильтром 7 излучение поступает на вход квадратурного оптического приемника для двух плоскостей поляризации 8 приемной части приемо-передающего оптического модуля 16. На гетеродинный вход квадратурного оптического приемника для двух плоскостей поляризации 8 со второго выхода разветвителя с сохранением поляризации 15 поступает оптическое излучение узкополосного непрерывного лазера, где преобразуется в электрические сигналы синфазных и квадратурных составляющих для двух плоскостей поляризации. В результате гетеродинного преобразования на выходах квадратурного оптического приемника для двух плоскостей поляризации 8 мы имеем электрические сигналы, несущие информацию о суммарном оптическом излучении, присутствующем на его оптическом входе. Число выходов квадратурного оптического приемника для двух плоскостей поляризации 8 равно четырем - это две синфазные и две квадратурные составляющие для двух плоскостей поляризации. Работа блока обработки импульсных зондирующих сигналов 18 полностью совпадает с прототипом и поэтому здесь не рассматривается. Блок обработки непрерывного зондирующего сигнала 20 работает аналогично блоку обработки импульсных зондирующих сигналов 18 следующим образом, а именно, с выходов квадратурного оптического приемника для двух плоскостей поляризации 8 электрические сигналы (это две синфазные и две квадратурные составляющие для двух плоскостей поляризации) поступают на входы четырехканального узкополосного регулируемого усилителя непрерывного зондирующего сигнала 21, выходные сигналы которых поступают на входы второго четырехканального аналого-цифрового преобразователя 22. Совокупность синфазных и квадратурных составляющих в цифровом виде поступает во второй четырехканальный блок обработки сигналов 23 для предварительной обработки и вычисления распределения дифференциального фазового набега. Сигнал, пропорциональный дифференциальному фазовому набегу поступает на фильтр частот 24. Фильтр частот 24 позволяет предварительно выделить спектральные составляющие виброакустических воздействий в звуковом и ультразвуковом диапазонах частот, присущих частичным разрядам в проводах и кабелях. Предварительно разделенные по спектру, сигналы с выхода фильтров блока обработки непрерывного зондирующего сигнала 20 и блока обработки импульсных зондирующих сигналов 18 подаются на блок постобработки, управления и синхронизации 11. Следует заметить, что фильтры частот 10 и 24 могут быть многоканальными. В отличии от прототипа блок постобработки, управления и синхронизации 11 обеспечивает не только взаимодействие функциональных узлов по цепям управления и синхронизации, группирования для одних и тех же участков оптического волокна различных событий, но и анализирует совместную информацию с выходов фильтров частот 10 и 24. В силу особенностей возникновения и протекания процесса частичных разрядов, а именно, частичные пробои могут возникать, когда переменное напряжение приближается к максимуму или минимуму (положительная и отрицательная полуволны переменного напряжения). Например, при частоте питающей сети равной 50 Гц, частичные пробои в случае их возникновения будут повторяться с частотой 100 Гц. Частичные пробои сопровождаются возникновением широкого спектра колебаний, в том числе звуковых и ультразвуковых, воздействуют на оптическое волокно и модулируют фазу оптического излучения. Работа четырехканального блока обработки сигналов 9 не отличается от прототипа и в материалах заявки не рассматривается поскольку не является предметом настоящего изобретения. Блок обработки непрерывного зондирующего сигнала 20 по своей структуре аналогичен четырехканальному блоку обработки сигналов 9 и работает следующим образом. Синфазные составляющие / и квадратурные составляющие Q для каждой плоскости поляризации с выходов квадратурного оптического приемника для двух плоскостей поляризации 8 также поступают на входы блока обработки непрерывного зондирующего сигнала 20, а именно на соответствующие входы четырехканального узкополосного регулируемого усилителя непрерывного зондирующего сигнала 20, в котором выравнивание сигналов в синфазных и квадратурных каналах обеспечивается регулировкой коэффициентов передачи в каналах четырехканального регулируемого усилителя, а ширина полосы с целью снижения снижение уровня шумов в каждом канале выбирается исходя из ожидаемого спектра акустического воздействия на оптическое волокно. Например, для акустического воздействия 30 кГц минимальное значение ширины полосы должно быть не менее 60 кГц, уменьшение ширины полосы приводит к потерям за счет снижения уровня отклика, обнаруживаемого виброакустического воздействия, а чрезмерное расширение полосы частот приводит к увеличению уровня шумов на выходах четырехканального узкополосного регулируемого усилителя непрерывного зондирующего сигнала 20. Квадратурные составляющие I и Q для двух плоскостей поляризации квантуются во втором четырехканальном аналого-цифровом преобразователе 22. Во втором четырехканальном блоке обработки сигналов 23 также, вычисляется разностная фаза. В отличии от прототипа разностная фаза вычисляется по непрерывному сигналу, что позволяет выделить и высокочастотные составляющие виброакустического воздействия. В фильтре частот 24 осуществляется частотная селекция сигналов виброакустического воздействия, характеризующая частичные разряды. В блоке постобработки, управления и синхронизации 11 сигналы с выходов фильтров частот 10 и 24 анализируются на наличие интенсивных составляющих спектра с частотой 100 Гц в двух каналах. Интенсивная составляющая с частотой 100 Гц в канале обработки импульсного отраженного сигнала свидетельствует о возможном наличии частичных разрядов, а наличие высокочастотных составляющих спектра на выходах фильтра частот 24 подтверждает наличие частичных разрядов. Таким образом канал обработки импульсного зондирующего сигнала позволяет определить место возникновения частичных разрядов, а канал обработки непрерывного зондирующего сигнала позволяет выделить высокочастотные составляющие спектра, характерные для частичных разрядов. Полученная информация в блоке постобработки, управления и синхронизации 11 группируется в пакеты, пригодные для передачи по скоростному каналу и передаются в компьютер 12 для решения задач распознавания.

В опытном устройстве электрические цепи, относящихся к непрерывному тракту зондирующего сигнала, были реализованы на базе двухканальных микросхем типа LMH6521, полоса пропускания сформирована в каждом канале второго четырехканального регулируемого усилителя сформирована внешним полосовым фильтром. Второй блок обработки 23 по аналогии с первым блоком обработки 9 реализован на матрицах, логических программируемых типа EPM7064STI100-7N. В результате проведенных опытов установлено, что техническое решение позволило увеличить регистрируемый диапазон частот виброакустических воздействий на оптоволоконный кабель до 60 кГц (в прототипе - 0,5 кГц). При этом разрешающая способности при определении места виброакустического воздействия составила порядка ±10 метров, что сопоставимо с аналогичной характеристикой прототипа при длительности зондирующего оптического импульса г, равной 200 не и периоде повторения Т, равном 1 мс.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что выявленная техническая проблема решена, а заявленный технический результат - расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения регистрируемого диапазона частот виброакустических воздействий на оптоволоконный кабель при сохранении разрешающей способности и дальности при определении места виброакустического воздействия - достигнут.

Изобретение относится к дистанционному контролю объектов электроэнергетики и предназначено для получения данных о состоянии провода или кабеля высоковольтной линии электропередачи. Устройство для мониторинга виброакустической характеристики силовых кабелей и проводов содержит соединенные между собой узкополосный непрерывный лазер; акустооптический модулятор; передающий оптический усилитель; оптический циркулятор; чувствительное оптическое волокно; приемный оптический усилитель; оптический фильтр; квадратурный оптический приемник для двух плоскостей поляризации; четырехканальный блок обработки сигналов; фильтр частот; блок постобработки, управления и синхронизации; компьютер; четырехканальный регулируемый усилитель; четырехканальный аналого-цифровой преобразователь; разветвитель с сохранением поляризации; приемо-передающий оптический модуль; усилительный оптический модуль; блок обработки импульсных зондирующих сигналов; драйвер-сумматор модулирующего сигнала акустооптического модулятора; блок обработки непрерывного зондирующего сигнала; четырехканальный узкополосный регулируемый усилитель непрерывного зондирующего сигнала; второй четырехканальный аналого-цифровой преобразователь; второй четырехканальный блок обработки сигналов; второй фильтр частот; фильтр импульсного зондирующего сигнала; фильтр непрерывного зондирующего сигнала. Технический результат - расширение эксплуатационных возможностей за счет расширения регистрируемого диапазона частот виброакустических воздействий на оптоволоконный кабель при сохранении разрешающей способности и дальности при определении места виброакустического воздействия. 1 ил.

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики силовых кабелей и проводов, содержащее функционально связанные приемо-передающий оптический модуль, усилительный оптический модуль, чувствительный элемент, выполненный в виде оптического волокна, и компьютер с системой распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей, причем приемо-передающий оптический модуль содержит узкополосный непрерывный лазер, акустооптический модулятор, блок обработки импульсных зондирующих сигналов и соединенный с компьютером блок постобработки, управления и синхронизации, а усилительный оптический модуль содержит передающий и приемный оптические усилители, оптический циркулятор и оптический фильтр, при этом выход акустооптического модулятора соединен с входом передающего оптического усилителя, а вход оптического фильтра соединен с выходом приемного оптического усилителя, приемо-передающий оптический модуль снабжен разветвителем с сохранением поляризации и квадратурным оптическим приемником для двух плоскостей поляризации, блок обработки импульсных зондирующих сигналов выполнен четырехканальным, выход оптического фильтра усилительного оптического модуля соединен с входом квадратурного оптического приемника, выход узкополосного непрерывного лазера соединен со входом разветвителя с сохранением поляризации, первый выход которого соединен со входом акустооптического модулятора, а второй выход соединен с гетеродинным входом квадратурного оптического приемника, квадратурные выходы которого соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя блока обработки импульсных зондирующих сигналов, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов, выход которого соединен с первым входом блока постобработки, управления и синхронизации, отличающееся тем, что приемо-передающий оптический модуль дополнительно снабжен четырехканальным блоком обработки непрерывного зондирующего сигнала, фильтрами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов и драйвером-сумматором, причем блок обработки непрерывного зондирующего сигнала выполнен в виде функционально связанных четырехканального узкополосного регулируемого усилителя непрерывного зондирующего сигнала, второго четырехканального аналого-цифрового преобразователя, второго четырехканального блока обработки сигналов и фильтра частот, причем квадратурные выходы квадратурного оптического приемника дополнительно соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала, выход которого через фильтр частот четырехканального блока обработки непрерывного зондирующего сигнала соединен с вторым входом блока постобработки, управления и синхронизации, снабженного двумя раздельными выходами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов, соединенными с соответствующими фильтрами непрерывного и импульсного зондирующих сигналов, выходы которых через драйвер-сумматор соединены с модулирующим входом акустооптического модулятора.