一种基于电力光纤的传感器供能与数据采集系统及方法与流程

1.本发明涉及传感器技术领域，尤其是指一种基于电力光纤的传感器供能与数据采集系统及方法。


背景技术：

2.近年来，电力物联网正处于快速发展的阶段，物联网在开展工作时，主要以广泛部署的传感器作为其开展工作的基础。在输电线路等特殊应用场景下，需要考虑到安装传感器时，传感器的安装位置以及需要满足的绝缘要求，因此无法通过常规的市电、电池等方式为传感器供能，而太阳能发电、风力发电等取能方式又对自然环境与气象条件等有一定的要求，受季节影响较大，不能保障传感器的持续稳定工作。由于传感器的供能方式的限制，传感网络还不能在电力系统中实现深度覆盖。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服现有技术中的缺点，提供一种基于电力光纤的传感器供能与数据采集系统及方法。
4.本发明的目的是通过下述技术方案予以实现：
5.一种基于电力光纤的传感器供能与数据采集系统，其特征在于，包括能信共传基站、电力光纤和若干个传感器节点，每个所述传感器节点均通过电力光纤与能信共传基站连接，所述传感器节点用于采集感知数据，并将感知数据通过电力光纤回传到能信共传基站，所述能信共传基站用于发送为传感器节点供能的激光，所述能信共传基站还用于通过电力光纤与传感器节点进行数据通信，所述电力光纤用于构建能信共传基站和传感器节点之间的光纤传输链路。
6.进一步的，所述能信共传基站包括控制主机、激光器控制单元、激光器和主光通信单元，所述控制主机与激光器控制单元连接，所述激光器控制单元与激光器连接，所述控制主机通过激光器控制单元获取激光器的状态信息，并对激光器的参数进行调整，所述控制主机还与光通信单元连接，所述光通信单元用于接收传感器节点传输回来的感知数据。
7.进一步的，所述电力光纤为复合在架空地线或电缆中的单模光纤。
8.进一步的，每个所述传感器节点均包括供电电池、电源管理单元、传感器探头、控制单元和子光通信单元，所述供电电池与电源管理单元连接，所述供电电池用于将接收到的激光转换为电能，并将转换的电能储存至电源管理单元，所述电源管理单元同时与传感器探头、控制单元以及子光通信单元连接，所述电源管理单元用于为传感器探头、控制单元和子光通信单元供电，所述传感器探头与控制单元连接，所述传感器探头用于采集感知数据，所述控制单元用于制定传感器探头的控制命令，所述子光通信单元与控制单元连接，所述控制单元通过子光通信单元将感知数据回传至能信共传基站。
9.进一步的，所述供电电池为光电池。
10.进一步的，所述能信共传基站和每个传感器节点中均包括耦合器，所述能信共传
基站中的耦合器和每个传感器节点中的耦合器通过电力光纤连接，所述能信共传基站和每个传感器节点通过耦合器在电力光纤中进行能量和信息的共纤传输。
11.一种基于电力光纤的传感器供能与数据采集方法，包括以下步骤：
12.步骤一，能信共传基站设定激光参数，并发射出对应激光，通过电力光纤将激光传输至传感器节点；
13.步骤二，传感器节点接收激光，并将接收到的激光内能量转换为电能，在完成能量转换后，得到能量支持的传感器节点采集感知数据；
14.步骤三，传感器节点将采集到的感知数据通过相同的电力光纤回传至能信共传基站。
15.进一步的，在传感器节点回传感知数据时，子光通信单元调取传感器节点的编号，并将传感器节点的编号与感知数据一起通过耦合器传输至能信共传基站，主光通信单元接收到传感器节点的编号和感知数据后，通过传感器节点的编号将感知数据进行分类储存。
16.进一步的，所述传感器节点的编号通过传感器节点的位置信息、设备信息以及传感器类型确认。
17.本发明的有益效果是：
18.能够保证传感器在安装使用时，能够符合输电线路对应的安装位置与绝缘要求的需求限制，不需要通过市电、电池或太阳能发电等供能方式来保障传感器持续工作，基于基础的电力光纤即可实现为传感器供能的目的。通过电力光纤实现传感器供能的方式，不仅能够满足输电线路的绝缘需求，还具有抗电磁干扰、供能稳定、实施便捷等优点。且由于电力光纤能够同时实现能量和信息的传输，又具备传输距离长的优势，因此能够实现10km以上距离的能量和信息传输。
附图说明
19.图1是本发明的一种结构示意图；
20.图2是本发明的一种流程示意图。
21.其中：1、能信共传基站，11、控制主机，12、激光器控制单元，13、激光器，14、主光通信单元，2、电力光纤，3、传感器节点，31、供电电池，32、电源管理单元，33、传感器探头，34、控制单元，35、子光通信单元，4、耦合器。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明进一步描述。
23.实施例：
24.一种基于电力光纤2的传感器供能与数据采集系统，如图1所示，包括能信共传基站1、电力光纤2和若干个传感器节点3，每个所述传感器节点3均通过电力光纤2与能信共传基站1连接，所述传感器节点3用于采集感知数据，并将感知数据通过电力光纤2回传到能信共传基站1，所述能信共传基站1用于发送为传感器节点3供能的激光，所述能信共传基站1还用于通过电力光纤2与传感器节点3进行数据通信，所述电力光纤2用于构建能信共传基站1和传感器节点3之间的光纤传输链路。
25.图1中能信共传基站1和传感器节点3内部虚线连接部分为能量传输连接线路，实
线连接部分为信息传输连接线路。
26.所述能信共传基站1包括控制主机11、激光器控制单元12、激光器13和主光通信单元14，所述控制主机11与激光器控制单元12连接，所述激光器控制单元12与激光器13连接，所述控制主机11通过激光器控制单元12获取激光器13的状态信息，并对激光器13的参数进行调整，所述控制主机11还与光通信单元连接，所述光通信单元用于接收传感器节点3传输回来的感知数据。
27.每个所述传感器节点3均包括供电电池31、电源管理单元32、传感器探头33、控制单元34和子光通信单元35，所述供电电池31与电源管理单元32连接，所述供电电池31用于将接收到的激光转换为电能，并将转换的电能储存至电源管理单元32，所述电源管理单元32同时与传感器探头33、控制单元34以及子光通信单元35连接，所述电源管理单元32用于为传感器探头33、控制单元34和子光通信单元35供电，所述传感器探头33与控制单元34连接，所述传感器探头33用于采集感知数据，所述控制单元34用于制定传感器探头33的控制命令，所述子光通信单元35与控制单元34连接，所述控制单元34通过子光通信单元35将感知数据回传至能信共传基站1。
28.所述供电电池31为光电池。本实施例中具体采用了铟镓砷光电池。
29.所述能信共传基站1和每个传感器节点3中均包括耦合器4，所述能信共传基站1中的耦合器4和每个传感器节点3中的耦合器4通过电力光纤2连接，所述能信共传基站1和每个传感器节点3通过耦合器4在电力光纤2中进行能量和信息的共纤传输。
30.所述电力光纤2为复合在架空地线或电缆中的单模光纤。
31.光纤传能的主要原理是：通过激光器13将电能转化为激光，通过光纤全反射传输，由光电转换器件将光能转化为电能。传能的电力光纤2除了采用单模光纤外，也能够采用多模光纤，或者是如双包层光纤、空芯光纤、传能光纤等特种光纤。目前在输电架空线路、电缆中已经耦合了电力光纤2来为电力系统提供通信介质，现有的光电复合缆中包括数十根纤芯，因此可直接采用现有的空闲纤芯资源来为传感器提供可靠的供能手段。
32.而光纤传能的主要指标包括传能容量、传输效率、转换效率等。传能容量指的是能够耦合进入光纤的最大光功率，当激光功率过大时，有可能损伤光纤，因此为了尽可能降低光纤内的激光功率密度，本实施例中在选用使用传能光纤时，采用大芯径光纤。而传输效率则和光纤类别以及传输距离相关，传输效率的影响因素包括光纤端面反射、耦合器4的对准误差以及光纤吸收损耗、散射损耗、弯曲损耗等。而转换效率则决定了传感器能够获得能量的大小，在本实施例中即为光电池将光能转换为电能的效率。
33.且在电力光纤2的传输过程中，能量和信号的波长并不一致，本实施例中在感知数据的通信过程中，电力光纤2中传输的信号光波长为1550nm，而在供能激光的传输过程中，电力光纤2中传输的能量光波长为1310nm或1455nm。
34.一种基于电力光纤2的传感器供能与数据采集方法，如图2所示，包括以下步骤：
35.步骤一，能信共传基站1设定激光参数，并发射出对应激光，通过电力光纤2将激光传输至传感器节点3；
36.步骤二，传感器节点3接收激光，并将接收到的激光内能量转换为电能，在完成能量转换后，得到能量支持的传感器节点3采集感知数据；
37.步骤三，传感器节点3将采集到的感知数据通过相同的电力光纤2回传至能信共传
基站1。
38.在传感器节点3回传感知数据时，子光通信单元35调取传感器节点3的编号，并将传感器节点3的编号与感知数据一起通过耦合器4传输至能信共传基站1，主光通信单元14接收到传感器节点3的编号和感知数据后，通过传感器节点3的编号将感知数据进行分类储存。
39.所述传感器节点3的编号通过传感器节点3的位置信息、设备信息以及传感器类型确认。
40.由于不同类型的传感器节点3所采集的感知数据类型不同，在回传感知数据后，通过传感器节点3的编号能够获取传感器类型和其具体的位置信息，从而判断所回传感知数据的类型，从而进行分类储存，在调取感知数据时，能够快速且有效地获取所需数据。
41.传感器节点3的编号还可以用于支持对传感器节点3的感知数据采集控制，以输电杆塔上的摄像头为例，在正常运行的情况下，摄像头在接收到能信共传基站1的能量供给后，能够拍摄照片，并将照片回传。能信共传基站1也能够通过主光通信单元14制定外部指令，并通过传感器节点3的编号实现外部指令的定点传输，实现如定期拍照、实时可视化等功能。
42.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。