基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统的制作方法

本发明涉及一种信号监测技术，特别涉及一种基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统。

背景技术：

变电站是电网的重要组成部分，它在电力系统中起变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的作用。变电站内的建筑物是保障电网安全的电力基础设施，由于变电站大多建设在偏远的地区，那里的地质条件和气候条件经常会引起变电站的地基沉降。变电站基础建筑物在施工期间以及后期运营期间的安全问题日益突出。目前，对变电站地基沉降的监测方法主要是采用水准监测法。这种方法是通过人工定期巡视检查安装在现场沉降监测点的沉降桩头，利用精密水准仪观测各个沉降观测点与基准点之间的变化来判断地基沉降量。但是由于这种监测方法的工作量极其繁重，而测得的数据量相反却较少，监测的耗时较长，且容易受到环境因素的影响，使得判断的准确性不佳。

光纤传感器是基于光纤独特的光学特性和传感特性来探测工程中各种物理参量。它相对于传统方法具有更高的灵敏度，不易受电磁干扰，绝缘性好，耐腐蚀，工作寿命长，集物理参量信息的获取与传输一体，以及结构简单、体积小、重量轻、耗电少等优点。可以用于测量应变、温度、压力、位移等物理参量。

现有技术主要的沉降监测方法有: 简单目测法, 沉降计算法, 变形转换法。现有的沉降测量装置直接测量固定杆标记与沉降建筑之间的相对位移大小，从而获得地基沉降值的方法。在水下抛石堆载地基处理过程中，固定杆有可能被堆载物撞击而发生形变，会直接影响到测量结果的准确性。而且这种监测方法工作量极其繁重，而测得的数据量相反却较少，监测的耗时较长，且容易受到环境因素的影响，使得测量的准确性不佳。

技术实现要素：

本发明是针对沉降监测方法存在的问题，提出了一种基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统，每个监测的沉降点会安装一个光纤光栅沉降传感器，如果监测区域内的沉降，则在该区域内会分布很多的沉降监测点，这些分布式的光纤光栅通过分布式组网技术采集区域的沉降数据。并将这数据先传送到每个区域的集中器，每个集中器节点将采集的沉降数据通过Zigbee无线传感网络发送到监控中心，监控中心的后台变电站基础沉降监测与预警信息管理软件可实时显示沉降信息，同时具有变电站基础沉降趋势分析与预警功能。

本发明的技术方案为：一种基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统，多个分布式光纤光栅传感器安装在变电站内的建筑物地基和变电站主设备地基组成分布式光纤光栅阵列组网，分布式光纤光栅阵列组网信号送入解调器光学信号转换为数字信号，数字信号送集中器，集中器的数据通过Zigbee网络和路由协议将数据实时发送给数据服务器进行存储，沉降监测与预警信息管理模块对数据服务器中存储的沉降数据进行实时处理输出结果。

所述分布式光纤光栅阵列组网，即在一根光纤上写入多个光纤布拉格光栅，多个光纤布拉格光栅的Bragg波长之间具有一定的间距，或是将Bragg波长具有一定间距的多个光纤布拉格光栅通过熔接或其他方法串接在一根光纤上，然后通过波分询址的方法获得同一根光纤线路上各个光纤布拉格光栅处的被测场的信息。

所述解调器采用匹配光栅滤波解调法，通过一个可驱动的参考光纤光栅传感器作为滤波器，把传感光栅反射波长与参考光纤光栅传感器进行对比，如果二个波长一致，光信号将被反射，并通过测量参考光纤光栅传感器的最大反射功率可得出所解调的光纤光栅传感器光栅的波长漂移量。

本发明的有益效果在于：本发明基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统，极大地提高工作人员的工作效率，实时获取大量的沉降数据，监测的时间短，不受恶劣环境影响，准确度得到极大提高。

附图说明

图1为本发明基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统架构示意图；

图2为本发明基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统通信组网和数据传输示意图；

图3为本发明光纤布拉格光栅分布式组网技术架构示意图。

图4为本发明光纤布拉格光栅分布式组网解调技术架构示意图。

具体实施方式

如图1所示基于分布式光纤光栅传感器网络的变电站沉降监测系统架构示意图，使用分布式光纤布拉格光栅沉降传感器对变电站内的建筑物地基、变电站主设备的地基进行区域沉降检测和监测。如图2所示通信组网和数据传输示意图，通过光纤布拉格光栅的解调技术将光学信号转换为数字信号，再利用分布式组网技术和集中器进行数字信号的汇集和发送，集中器的数据通过Zigbee网络和路由协议将数据实时发送给数据服务器进行存储，沉降监测与预警信息管理对服务器中存储的沉降数据进行实时提取、分析和展示，同时利用沉降预警算法模型对数据分析后得到的结果进行预警信息推送。多个集中器对一个Zigbee网络，为了达到自动查找沉降采集点的目的，可将区域基础沉降数据的所有采集点的分布式光纤布拉格光栅沉降传感器地址注册在沉降监测与预警信息管理中，通过轮询方法实现集中器的自动检测。

如图3所示光纤布拉格光栅分布式组网技术架构示意图，分布式光纤光栅组网即在一根光纤上写入多个光纤布拉格光栅，它们的Bragg波长之间具有一定的间距，或是将Bragg波长具有一定间距的多个光纤布拉格光栅通过熔接或其他方法串接在一根光纤上，然后通过波分询址的方法获得同一根光纤线路上各个光纤布拉格光栅处的被测场的信息。然后光纤线路上的信息发送到到集中器上，再通过集中器接入到Zigbee无线网络中。

如图4所示光纤布拉格光栅分布式组网解调技术架构示意图，解调仪包括宽谱光源、3dB耦合器、匹配光纤光栅、PD器件，分布式光纤布拉格光栅组网的解调仪采用匹配光栅滤波解调法，通过一个可驱动的参考FBG作为滤波器，把传感光栅反射波长与参考FBG进行对比，如果二个波长一致，光信号将被反射，并可通过测量参考FBG的最大反射功率可得出所解调的光纤光栅传感器光栅的波长漂移量。该方法结构简单，抗外界噪声干扰能力强，灵敏度高，且易于分布式测量和多点监测。

所述FBG传感网络、Zigbee无线传感网络、监测数据中心、沉降监测与预警信息管理软件共同组成基于分布式FBG传感网络的变电站沉降监测系统的通信数据网和软件系统架构，由光纤光栅沉降传感器节点采集的区域沉降数据，区域沉降数据通过Zigbee网络和路由器接入。