[发明专利]一种架空输电线路健康监测方法及系统

权利要求书

1.一种基于相位敏感光时域反射仪和多芯光纤实现架空输电线路健康监测的方法，其特征是，使用相位敏感光时域反射仪φ-OTDR作为传感器，使用多芯光纤MCF同时作为系统的信号传输介质和敏感元件并与架空输电线路随动；实现架空输电线路舞动频率、舞动幅度、舞动轨迹和舞动变化规律的全面、实时健康监测；

所述架空输电线路舞动监测系统包括相位敏感光时域反射仪φ-OTDR、扇入、多芯光纤MCF、扇出；所述舞动监测系统中，φ-OTDR含探测脉冲发射器和信号接收器，MCF同时作为φ-OTDR的信号传输介质和敏感元件并与架空输电线路随动，实现架空输电线路舞动信息的全面监测；所述φ-OTDR的探测信号输出端口接扇入的输入端，扇入的输出端接MCF的一端，MCF另一端接扇出，MCF中的三根芯或四根芯通过扇入与扇出器件的对应引出端口逐次首尾相接呈S形连接；MCF中所产生的背向瑞利散射信号被φ-OTDR接收；每个探测脉冲获得的瑞利散射信号中包括来自MCF中多根芯的应变信息；

对所述的每个探测脉冲获得的瑞利散射曲线进行分段截取，即对所述系统采集到的多个芯的光信号进行分段截取，使用φ-OTDR检测的数据分析系统一次性提取形状重构需要的所有应变值；根据描述空间曲线的几何方法计算出多芯光纤发生形状变化区域的曲率半径，通过求解Frenet-Serret常微分方程，获取形状重构各特征值，曲率半径、切向量、法向量、副法向量，近而获得光纤的扭转值，即能确定被测线缆的弯曲程度和扭转程度。

2.根据权利要求1 所述的方法，其特征是，舞动数据分析使用面向架空输电线路舞动监测的人工神经网络，所述形状重构特征值包括导线的曲率、导线挡距、塔顶位移、导线扭转角、导线的切向量、法向量和副法向量结合环境参量，即温度、湿度、风力、风向作为架空输电线路舞动模式识别神经网络的输入向量；神经网络的输出向量全面包含舞动的频率、振幅、初始相位、形状、振动类型，全面获取架空输电线路的舞动信息。

3.一种根据权利要求1或2所述的方法实现架空输电线路健康监测的系统，其特征是，所述系统光路连接方式为：相位敏感光时域反射仪的探测信号输出端口接扇入的一个输入端，扇入的输出端接多芯光纤的一端，多芯光纤另一端接扇出，多芯光纤中的三根芯或四根芯逐根首尾呈S形连接；多芯光纤中的各芯使用扇入、扇出器件耦合引出多芯光纤中的各芯，将其中的三根、或四根芯做首尾S型连接，后将上述S形连接的MCF接入系统，使得φ-OTDR系统可一次性获得形状重构需要的所有应变结果；使用φ-OTDR系统分布式检测MCF中各芯沿线的应变值，用来实现对待测物体的形状重构；所述的传感系统使用φ-OTDR监测多芯光纤的应变信息，将应变信息对应光纤所处的位置分别提取，得到每段MCF对应的形变信息；所述多芯光纤使用七芯光纤、四芯光纤、三芯光纤；所述多芯光纤中用于形状传感的每两根偏芯光纤与圆心所形成的扇形夹角为120度。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征是，所述系统在监测架空输电线路时，系统工作在连续不断的实时监测状态； 系统除可连续监测架空输电线路的舞动外，还实现覆冰、振动干扰的实时监测。