分布式光纤温度监测设备调研报告

分布式光纤温度监测设备

调研报告

目录

1. 技术背景和意义 ...................................................................................................... 1

1.1 技术背景 ........................................................................................................ 1 1.2 项目意义 ........................................................................................................ 1 2. 基本原理 .................................................................................................................. 2

2.1 拉曼散射 ........................................................................................................ 2 2.2分布式光纤温度传感器技术 ......................................................................... 3 2.2 国内外技术发展 ............................................................................................ 4 3. 装置组成及特点 ...................................................................................................... 4

3.1 装置组成 ........................................................................................................ 4 3.2 软件功能描述 ................................................................................................ 5 4. 市场发展前景 .......................................................................................................... 6

4.1 应用领域 ........................................................................................................ 6 4.2 预计经济收益 ................................................................................................ 7 4.3 部分生产厂家 ................................................................................................ 8 4.4 国内市场分析 ................................................................................................ 9 5．项目可行性及难点 ............................................................................................... 15

5.1 技术难点： .................................................................................................. 15 5.2 技术基础 ...................................................................................................... 15

1. 技术背景和意义

1.1 技术背景

电力系统中开关柜触头、隔离开关、母线、电缆接头、电抗器绕组、变压器在长期运行过程中，由于插接不良、接头松动、母线蠕动、表面氧化、电化腐蚀、超负荷、环温过高、通风不良等原因导致接触电阻过大而发热，而这些发热部位的温度很难及时发现，由此最终导致事故的频繁发生。据国家电力安全事故通报统计，我国每年仅发生在电站的电力事故，40%是由高压电气设备过热所致。

《国家电网公司十八项电网重大反事故措施》，国家电网生技【2005】400号文件中明确指出:

11.7、预防开关设备载流回路过热

11.7.2、定期用测温设备检查开关设备的接头部、隔离开关的导电部分（重点部位：出头，出线座等），特别实在重负荷或高温期间，加强对运行设备温升的见识，发现问题应及时采取措施。

传统的电温度传感器不能工作在强电磁环境中，也不宜在易燃、易爆环境或腐蚀性环境中工作，对于采用点式温度传感器实现温度的分布测量还存在难于安装、难于布线、难于维护的问题。

与传统的传感器相比，分布式光纤温度传感器具有诸多优点：集传感与传输于一体，可实现远距离测量与监控；一次测定就可以获取整个光纤区域的一维分布图，将光纤架设成光栅状，就可测定被设区域的二维和三维分布情况；能在一条长达数千米的传感器光纤环路上获得几十、几百甚至几千条信息，因此单位信息成本显著降低；测量范围宽，具有高空间分辨率和高精度；在具有强电磁干扰或易燃易爆以及其他传感器无法接近的恶劣环境下，分布式光纤温度传感器具有无可比拟的优点。

1.2 项目意义

分布式光纤温度传感器系统的信号通道和传感器全部用光纤实现，因而具有光纤传感器的所有特点。它最显著的特点还在于网络化传感方向，即把传感光纤或光纤传感器回路沿作用场压力、温度、应变等分布排列，并采用独特的探测技

术，对回路场上的空间分布和随时间变化的信息进行测量和监控，因而可以实现长距离、大范围、高密度的监测，系统具有无法比拟的性价比。

光纤温度传感与测量技术是仪器仪表领域重要的发展方向之一。由于光纤具有体积小、重量轻、可挠、电绝缘性好、柔性弯曲、耐腐蚀、测量范围大、灵敏度高等特点，对传统的传感器特别是温度传感器能起到扩展提高的作用，完成后者很难完成甚至不能完成的任务。光纤传感技术用于温度测量，除了具有以上特点外，与传统的温度测量仪器相比，还具有响应快、频带宽、防爆、防燃、抗电磁干扰等特点。

2. 基本原理

2.1 拉曼散射

拉曼散射效应是入射光与散射介质发生非弹性碰撞，在相互作用时，入射光可以放出或吸收一个与散射介质分子振动相关的高频声子，一个为斯托克斯光（Stokes），另一个为反斯托克斯光（Anti-Stokes）。自发拉曼散射中反斯托克斯光与斯托克斯光强度之比满足下面公式：

hv

IAnti Stokes v vi kT

e

IStokes v vi

是激光脉冲的频率， i是振动频率，h是普朗克常数，k 是 Boltzmann 常数，T 是绝对温度。

4

从上式可以看出，光纤的材料决定了分子振动的频率 i，则根据上式反斯托克斯分量与斯托克斯分量强度之比就可以唯一确定温度 T。这就是基于拉曼散射测温的原理。

如图2-1，当光脉冲经波分复用器中的双向耦合器耦合进传感光纤后，它在光纤中向前传输的同时产生后向拉曼散射光，并返回到波分复用器中，可滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，分别进入到光电转换器APD和放大器中，数据采集卡将光纤沿线各点散射回来的信号进行采集和存储，最终由计算机的软件进行温度解调和图形显示 。

图2-1 拉曼散射测温系统的组成框图

2.2分布式光纤温度传感器技术

该技术主要依据光纤的光时域反射(OTDR)和光纤的背向拉曼散射温度效应。大功率窄脉宽激光脉冲入射到传感光纤后，激光与光纤分子相互作用，产生极其微弱的背向散射光，包括温度不敏感的斯托克斯Stokes 光和温度敏感的反斯托克斯Anti-stokes 光，两者波长不一样，经波分复用器WF分离后由高灵敏的探测器APD 探测，根据两者的光强比值可计算出温度。而位置的确定是基于光时域反射OTDR 技术，利用高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的光纤位置。

图2-2 分布式光纤温度传感原理图

光谱的分析包括激光在光纤中的传播速率，通常(像雷达原理)和光的速度一样，用很短的时间间隔(比如1米)去扫描整个光纤的长度，根据这样沿光纤的温度分布就可以决定了。需要提出的是所测得的每一点温度是一段光纤上的平均温度。由于光的速度很快，因此一 …… 此处隐藏：3452字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……