分布式光纤温度监测系统
作者：阅读人次：1378 发布时间：2008-7-10 14:15:55 关键词：分布式光纤温度监测系统温度光纤
分布式光纤温度监测系统
型号：KISS-DTS系列
随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，一旦发生事故则损失巨大。在很多场合下温度已经成为关键因素，电力系统大量的隧道电缆、中高压开关设备、变压器等设施在长期运行过程中由于各种原因出现温度异常，这些设备一旦出现事故会造成巨大的损失。因此，对电力设备进行精确的、实时的温度监测与报警对于提前发现安全隐患和及时的采取应对措施具有重大意义。
如何对正在运行的电力设备实施在线检测并进行安全预测和温度趋势变化分析？如何通过实时数据对设备质量、工程质量、运行环境、运行方式、设备老化疲劳状态、负荷不平衡等进行科学分析？多年来，由于技术水平的局限，传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻式测温系统无法彻底解决上述问题，因此无法为安全、经济运行、高效检修提供科学依据。
分布式光纤温度监测系统彻底地解决了以上问题，实现了电力系统运行设备的实时在线检测，通过对设备实时数据的分析和预测，将故障、事故消除在萌芽状态，真正地作到防患于未然。同时，这些实时数据和分析预测结果也为今后实现状态检修，提高检修效率，降低检修成本和管理成本起到关键的作用。随着光纤应用技术的发展，光纤测温系统目前已成为世界上最先进、最有效的连续分布式温度监测系统，广泛应用于电力、石化、交通、钢铁等工业场所。
1、应用领域
1）电力电缆在线温度监测
u 电缆运行状态监测
通过对电力电缆的在线监测，实时掌握整条线路的运行状态，有效监测电缆在不同负载下的发热状态，提高对电缆管理的水平。
u 电缆沟内火情监测与报警探测
识别电力电缆的局部过热点，提前发现电缆故障并预警，预防事故的发生。
u 优化输配电的资本
根据温度可以确定电缆的负荷变化，合理的配置负荷，同时合理的扩大现有电缆的容量，增加电缆的工作寿命。
u 实时故障监测
发现电缆运行过程中的外力破坏。
2) 发电厂、变电站及大型冶金及石化企业的电缆桥架和电缆沟的温度监测
电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行，根据电力事故分析，由于电缆故障引起的火灾事故占相当大比例。通过继电器与火灾报警主机结合实现联动，实时温度监测提前预警并且及时采取应对措施。
3) 交通运输领域的温度监测及火灾报警系统
如高速公路隧道、过江隧道、地铁、铁路、机场、船舱等防火、火情监测，可以设置多个报警输出，同时启动强制通风，关闭火灾信道等。
4）油库、军火库、危险品库、粮库、冷库及其它仓库的温度报警系统
危险区域的温度测量和监控，设备简单，无外加电源，受监控的区域不带电。
5）石油、天然气行业
油罐、石油/天然气管道或储罐温度监测和泄露探测以及油田和天然气竖井的温度检测。
图1.1 电力电缆温度监测图1.2 电缆接头温度监测
图1.3 油田油井温度监测图1.4 公路隧道温度监测图1.5 输油管道温度监测图1.6 油罐温度监测
2、分布式光纤温度监测系统KISS-DTS 系列介绍
KISS-DTS系列分布式光纤温度监测系统，由山东微感光电子有限公司依托英国ISS公司的先进核心技术及山东省科学院强大的研发实力进行开发设计并成套生产。该分布式光纤测温系统依据后向喇曼（Raman）散射原理，是目前世界上最先进、最有效的连续分布式温度检测系统。该系统集计算机、光纤通讯、光纤传感、光纤传输、光电控制等技术于一体，具有
本质安全，长期可靠，不受电磁干扰，测温精度高，实时在线等优点，实现了电力系统运行设备的实时在线检测，通过对设备实时数据的分析和预测，将故障、事故消除在萌芽状态，真正地作到防患于未然。目前已经在国内外电力客户中广泛应用并得到认可。
2.1测量原理
光纤测温原理：
光纤测温的原理是依据后向喇曼（Raman）散射效应。激光脉冲与光纤分子相互作用, 发生散射。散射有多种，其中喇曼散射是由于光纤分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的光，称斯托克斯（Stokes）光，和一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。反斯托克斯光信号的强度与温度有关，斯托克斯光信号与温度无关。从光波导内任何一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。利用光时域反射技术（OTDR）技术通过光纤中光波的传输速度和背向光回波的时间对这些热点进行定位。利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。
图2.1 光的散射图谱
光缆
报警输出
数据传输
（RJ45接口）
测温主机
控制（DB15接口）口）
工控机
图2.2 多通道光纤分布式测温系统结构图
上图显示了喇曼温度测量系统的组成。温度测量系统由工控机、测温主机和作为线形温度传感器的玻璃光纤（光波导）组成，而测温主机由激光源、光器件和微处理单元组成。
测温系统内部由三个监测单元组成，两个单元信道(反斯托克斯和斯托克斯)和一个参考信道，这些背光散射的幅值和各点的喇曼散射光的强度成比例，从两个测量信道得到幅值的关系即可得到沿传感器电缆的光纤温度。
2.2 KISS-DTS监测系统主要功能和组成
监测系统建立在其科技领先的最新一代 KISS-DTS 系列产品基础之上。为电缆监测提供了一个实时、多对象、多测量点、高精度、高可靠性的解决方案。
2.2.1 KISS-DTS监测系统的主要功能
KISS-DTS系列产品以连续的光缆为传感器，将光缆和监测对象敷设在一起，使光缆处在监测对象的温度场中。
l 通过测量光缆的温度便可得知监测对象的温度曲线
l 通过实时监控得知监测对象的实时温度状态
l 设立报警参数，对温度进行分析进行预警及报警
l 通过对监测对象进行在线实时温度监测，保证监测对象在不超过允许运行的温度状态下，保证监测对象正常运行
2.2.2 KISS-DTS监测系统的组成
图2.3 ISS-DTS系列监测系统
一个标准的分布式光纤测温系统包含如下组件：
l 分布式光纤测温主机系统（DTS）
包括：开关电源模块、模拟电源模块、光电转换和放大器模块、模数转换与数字信号处理模块、激光器和控制模块
l 温度监测软件系统
包括：温度数据监测模块、报警控制模块
l 温度传感系统
包括：感温光缆（耐高温铠装光缆、普通铠装光缆）
l 光信道转换系统
包括：多路光转换开关
l 报警系统
包括：声光报警、手机短信报警
l 其他组件
包括：标准机柜、工控机、显示器、激光打印机、网络交换机
2.3系统整体性能和特点
●系统测量的空间分辨率：1m；
●系统的温度精度：±1℃；
●系统采用光时域反射技术（OTDR）及背光散射信号的窄带检测技术，具有更高的信噪比；
●多路光转换开关：KISS-DTS采用的光学开关，无磨损，体积小，寿命长；
●感温光缆：KISS-DTS采用的感温光缆比普通的通讯光缆衰减小，水峰小；
● KISS-DTS系统软件上至少可分128个区域，每个区域可以独立报警；
●系统采用TCP/IP现行网络技术，能与电力系统的SCADA系统方便连接，实现信息共享及远程管理；
●强大的自主软、硬件研发能力，充分满足用户特殊的系统功能要求和组网要求；
●采用模块化的主机结构，简便了系统维护，并使系统的升级十分简单；
●拥有具有丰富现场经验的高素质施工队伍。在电缆中间头和终端头处光缆的连接及引出上，有丰富经验的专业技术人员进行指导。
3、KISS-DTS系统技术规范
3.1KISS-DTS系统主要技术参数简介
3.2 主机描述
主机是系统的核心部件，实现光信号发生、背向散射信号的光谱分析、光电转换、信号放大和信号处理的功能，采用电源和数据总线的模块化结构，包括：
图3.1 DTS主机
1）开关电源模块
把交流220V电源转换为直流电源。
2）模拟电源模块
提供光电探测器和放大器用的高精度直流电源。
3）光电转换和放大器模块
内置高速高增益光电探测器和放大器、光电探测器的温度监测和控制部件。其功能是把输入的光信号转换为电信号，并放大到适当的电压水平。
4）模数转换与数字信号处理模块
内置高性能单片机、高速模数转换器和数字信号处理器。其功能是把输入的模拟电信号转换为数字信号，并根据上位机的命令换算为原始数据、温度数据或背景数据。
5）半导体激光器和控制模块
内置高功率半导体激光器及其驱动电路、光电探测器的温度监测和控制电路。其功能是实现光信号的发生和光电探测器的闭环程序温度控制。
6）光纤器件模块
内置光纤滤波器和定标光纤段。光纤滤波器的功能是从背散射光信号中提取与温度有关的感温信号和与温度无关的参考信号；定标光纤段的长度在100米左右，其温度由内置精密测温芯片实时监测，通过定标光纤段测量到的温度与测温芯片测量的温度的比较，来消除系统光源起伏、光电探测器及放大器增益。
3.3 感温光
缆
根据测温目的的不同，光缆敷设方式的不同，我们提供多种型式的感温光缆供用户选择，比如，用于火情监测时，光缆带钢丝铠装，耐温可达几百度，以下介绍一种标准感温光缆的技术规范：
技术参数如下：
标准感温光缆包括2根型号为多模GI62.5/125 um的独立光纤, 填充增水性材料保护光纤，黑色或红色，带长度计米标志，直径4 mm ±0.2 mm。
感温光缆通过倾斜接地连接器与激光源连接，如图3.2所示。
图3.2 多模光缆截面图
3.3.1外敷设式光缆
图3.3 外敷设式光缆现场图图3.4 外敷设式光缆结构
3.3.2 内嵌式光缆
图3.5 内嵌式光缆现场图图3.6 内嵌式光缆结构图
4、多路光纤转换开关（光开关，多信道可选）
多路光纤转换开关（Fibre Switch）是一种光路控制器件，起着切换光路的作用。多路感温光缆在控制室和光纤转换开关相连，使监测系统可巡回监测多路监测对象。
产品性能：
l 低损耗、高可靠性
l 简单的并行接口控制
l 模块化设计
l 开关次数10亿次以上，寿命长
5、中文操作软
件
温度监测软件具有友好的中文操作界面，强大的数据处理和管理功能，具有以下特点：
l 显示功能：可显示全程分区图及其温度分布曲线；可显示系统监测曲线、系统参数；可显示重点监测点的温度随时间变化曲线；
l 报警功能：具有定温报警（设定最大温度/最低温度值）、差温报警（实时温度与平均温度差别过大，用于判别局部过热点）、温升过快报警、光纤破坏报警、装置异常等报警功能；可手机短消息报警，报警分工作级和管理级两层，按照事件的重要级别发送到工作层人员和管理层人员；
l 分区测量：能对测量区域在长度上进行分区，至少可分为128个区，对某些区域进行局部重点监测和分区报警；
l 查询功能：可以查询历史数据并显示或打印历史曲线；可以在系统图上直接查询设备信息、运行参数、统计信息等；
l 分析功能：历史趋势显示，对未来趋势进行评估，提供检修参考信息；
l 报表功能：提供强大的数据库保存功能，可以根据用户需要定制年报表、月报表、日报表等；用户也可定制各种表格：实时数据表、历史数据及统计报表、报警一览表等；
l TCP/IP 接入：几个控制器的信号可以在一台PC机上分析处理，系统功能强而高效。
图5.1 温度分布曲线主界面
图5.2 自动切换信道
图5.3 历史数据查询
图5.4 重点部位进行分区
图5.5 手机短信报警功能
图5.6 分区报警参数设置
6、系统网络联
接
系统可有不同类型的工作站，通过TCP/IP与用户局域网相联，也可以特定的规约与用户的SCADA系统联接。通过以KISS-DTS系列产品为单元组成的主子（从）站式监测网络，可以同时实时监测若干根电缆。高效的实现电缆监测需求，并且灵活的实现系统的集中分散管理、报警控制，极大的节省人员和维护成本。
图6.1 系统网路联接图
7、典型工程案例
KISS-DTS分布式光纤温度监测系统在电缆、电缆隧道中的应用
1）项目情况
某供电企业要对2条6公里长的220KV电缆及电缆接头进行温度监测，我们采取KISS-DTS-06系统，在2条电缆表面敷设测温光缆完成对全部电缆和接头的温度监测。
2）预期目标
?实时显示所监测电缆及接头的温度及位置信息；
?显示各点温度随时间变化的曲线；
?设立报警参数，对温度进行分析进行预警及报警；
?对电缆在长度上进行分区，对局部部位重点监测；
?对测试数据进行存档、分析，并按用户要求设置记录、打印功能；
?按用户要求进行组网，并能集成到其它控制系统。
3）系统监测结构图
图7.1 系统监测结构图
施工安装方案：
（1）将测温光缆紧贴着电缆表面，用绑扎带把光缆扎在电缆上，每隔一米绑扎一次。遇电缆固定支架时，在固定支架两侧各捆扎一次。光缆安放在电缆的侧面，使之与电缆紧密接触。（2）光缆初步固定后，保证光缆仍然可以调整。光缆遇到隔墙进行穿管，穿管时，保护光缆护套不受到伤害，光缆不受过大的拉力。
（3）测温光缆采用双环形缠绕方式固定在电缆终端及中间接头处，第一保证测温光缆与电缆终端头及中间接头紧密接触，第二能在有效的长度内多采集温度监测点，达到双重保证的效果。双环形缠绕光缆展开长度为5米~10米。通过温度实验精确确定此处的光缆位置。（4）当使用一根光缆同时监测一个回路的三根电缆温度时，为了达到对每相的电缆接头进行监测的目的，采用跨越布置的方式，即光缆遇到其他相线的接头时，都要跨越原来相，继而对相对相的电缆接头进行缠绕固定，之后测温光缆再回复到原来所在相电缆上。按照此方案就能对所有接头进行重点监测，达到全局控制的效果。
（5）在电缆终端及中间接头处测温光缆上挂设铝质标牌（40mm×40mm），标识测温光缆编码、测温光缆起止点变电站站名、测温光缆距起点长度，分区号等信息。
（6）光缆终端余留20米长，盘成圆并用扎带扎紧放于光缆盒内，然后将光缆盒固定于光缆终端的适当位置。
图7.2 光缆绑扎在电缆表面图7.3 电缆接头处监测
图7.4 光缆终端头的处理
图7.5 主机放在主监控室或变电站内图7.6 发现过热点并报警
总结：电缆在长期高压运行过程中发热，致使温度过高，由于电缆绝缘老化或接头制作质量不良从而造成电缆火灾事故，光纤传感器克服了传统传感器抗干扰能力差、受电磁干扰严重，布置复杂等缺点，真正实现对电缆的实时在线监测，变事后维修为提前预防，对提高用户的电缆运行管理水平、保障电缆安全运行具有重大意义。
8、国内电力行业用户各产品的典型性应用举例
ü山东黄岛发电厂光纤测温项目
ü山东兖矿集团铁东变电所光纤测温项目
ü陕西延安供电局光纤测温项目
ü河南许昌电力公司光纤测温项目
ü河北盛华集团光纤测温项目
ü和佳集团光纤测温项目
光纤分布式数据接口
科技名词定义
中文名称：光纤分布式数据接口
英文名称：fiber-distributed data interface;FDDI
定义：一种速率为100Mb/s，采用多模光纤作为传输媒介的高性能光纤令牌环(token ring)
局域网。
应用学科：通信科技（一级学科）；通信网络（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
光纤分布式数据接口
光纤分布式数据接口它是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI标准由ANSI X3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似，并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。
目录
FDDI-光纤分布式数据接口
FDDI和802.5的主要特征比较
FDDI-光纤分布式数据接口
FDDI和802.5的主要特征比较
展开
编辑本段FDDI-光纤分布式数据接口
编码方式
概述
FDDI的英文全称为“Fiber Distributed Data Interface”，
FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B，4B/5B 可使效率提高到80%
当数据以100Mbps的速度输入输出时，在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多，然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。访问方法
FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动，如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信。
FDDI可以发送两种类型的包：同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）；异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类，即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备如集线器等组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。
LAN技术
光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：
1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。
2、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。
3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。
4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。
科技名词定义
光纤分布式数据接口
英文名称：fiber-distributed data interface;FDDI
定义：一种速率为100Mb/s，采用多模光纤作为传输媒介的高性能光纤令牌环(token ring)
局域网。
应用学科：通信科技（一级学科）；通信网络（二级学科）
本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布
光纤分布式数据接口
光纤分布式数据接口它是于80年代中期发展起来一项局域网技术，它提供的高速数据通信能力要高于当时的以太网（10Mbps）和令牌网（4或16Mbps）的能力。FDDI标准由ANSI X3T9.5标准委员会制订，为繁忙网络上的高容量输入输出提供了一种访问方法。FDDI技术同IBM的Tokenring技术相似，并具有LAN和Tokenring所缺乏的管理、控制和可靠性措施，FDDI支持长达2KM的多模光纤。FDDI网络的主要缺点是价格同前面所介绍的“快速以太网”相比贵许多，且因为它只支持光缆和5类电缆，所以使用环境受到限制、从以太网升级更是面临大量移植问题。
目录
FDDI-光纤分布式数据接口
FDDI和802.5的主要特征比较
FDDI-光纤分布式数据接口
FDDI和802.5的主要特征比较
展开
编辑本段FDDI-光纤分布式数据接口
编码方式
概述
FDDI的英文全称为“Fiber Distributed Data Interface”，
FDDI采用编码方式为NRZ-I.和4B/5B，4B/5B 可使效率提高到80%
当数据以100Mbps的速度输入输出时，在当时FDDI与10Mbps的以太网和令牌环网相比性能有相当大的改进。但是随着快速以太网和千兆以太网技术的发展，用FDDI的人就越来越少了。因为FDDI使用的通信介质是光纤，这一点它比快速以太网及现在的100Mbps令牌网传输介质要贵许多，然而FDDI最常见的应用只是提供对网络服务器的快速访问，所以在目前FDDI技术并没有得到充分的认可和广泛的应用。访问方法
FDDI的访问方法与令牌环网的访问方法类似，在网络通信中均采用“令牌”传递。它与标准的令牌环又有所不同，主要在于FDDI使用定时的令牌访问方法。FDDI令牌沿网络环路从一个结点向另一个结点移动，如果某结点不需要传输数据，FDDI将获取令牌并将其发送到下一个结点中。如果处理令牌的结点需要传输，那么在指定的称为“目标令牌循环时间”（Target Token Rotation Time，TTRT）的时间内，它可以按照用户的需求来发送尽可能多的帧。因为FDDI采用的是定时的令牌方法，所以在给定时间中，来自多个结点的多个帧可能都在网络上，以为用户提供高容量的通信。
FDDI可以发送两种类型的包：同步的和异步的。同步通信用于要求连续进行且对时间敏感的传输（如音频、视频和多媒体通信）；异步通信用于不要求连续脉冲串的普通的数据传输。在给定的网络中，TTRT等于某结点同步传输需要的总时间加上最大的帧在网络上沿环路进行传输的时间。FDDI使用两条环路，所以当其中一条出现故障时，数据可以从另一条环路上到达目的地。连接到FDDI的结点主要有两类，即A类和B类。A类结点与两个环路都有连接，由网络设备如集线器等组成，并具备重新配置环路结构以在网络崩溃时使用单个环路的能力；B类结点通过A类结点的设备连接在FDDI网络上，B类结点包括服务器或工作站等。
LAN技术
光纤分布数据接口(FDDI)是目前成熟的LAN技术中传输速率最高的一种。这种传输速率高达100Mb/s的网络技术所依据的标准是ANSIX3T9.5。该网络具有定时令牌协议的特性，支持多种拓扑结构，传输媒体为光纤。使用光纤作为传输媒体具有多种优点：
1、较长的传输距离，相邻站间的最大长度可达2KM，最大站间距离为200KM。
2、具有较大的带宽，FDDI的设计带宽为100Mb/s。
3、具有对电磁和射频干扰抑制能力，在传输过程中不受电磁和射频噪声的影响，也不影响其设备。
4、光纤可防止传输过程中被分接偷听，也杜绝了辐射波的窃听，因而是最安全的传输媒体。
由光纤构成的FDDI，其基本结构为逆向双环。一个环为主环，另一个环为备用环。一个顺时针传送信息，另一个逆时针。当主环上的设备失效或光缆发生故障时，通过从主环向备用环的切换可继续维持FDDI的正常工作。这种故障容错能力是其它
一. 技术原理
依据光纤的光时域反射（OTDR）和光纤的后向拉曼（Raman）散射温度效应。将探测光纤铺设与待测空间，光纤主机将光光束发射到探测光缆中，并实时采集沿着光纤反射回来的、带有现场实时温度信息的拉曼（Raman）散射光，光纤主机对这些光信号进行分析和处理，从而得出整条光纤上的温度分布信息。将该温度信息与预设的报警参数值进行比较，当满足报警条件时，纤主机发出火灾报警声光指示，并可向火灾报警控制器输出报警信息。
光纤中光波散射示意图
散射光谱示意图
二. 产品介绍
线型光纤感温火灾探测器是分布式光纤温度探测（DTS）技术在火灾报警领域的具体应用，它以光纤拉曼（Raman）散射理论基础，结合了高频脉冲激光、光波分复用、光时域反射、高频信号采集及微弱信号处理等先进技术，主要用于电缆、隧道、油罐气罐等长距离、大区域的火灾探测。鉴于光纤本身本质安全特性，该产品更适合应用于易燃、易爆等危险区域和有强电磁干扰、蚀、高温和防爆要求的工业消防项目的火灾探测。
该产品主要由光纤测温主机、探测光缆组成。其中，光纤测温主机负责光纤信号处理、报警和参数设置等，探测光缆负责现场的温度采集。光纤主机还可以通过RS485等接口与火灾报警控制器相连，构成完整的火灾报警系统。
线型光纤感温火灾探测器的国家标准编号为 GB/T 21197-2007。
三. 功能特点
1.彩色液晶大屏幕图文显示，触摸屏操作。
2.在显示屏幕上可以直观显示被监测部位的具体位置及名称，进行实时连续的温度监测和火灾报警，并可准确定位。
3.光纤本身即为传感器，防燃、防爆、防腐蚀、耐高压和强电磁场、耐辐射，本质安全；抗干扰性能强，无击穿、烧毁等
题。
4.现场只有铺设的光纤或光缆，系统可靠性高。
5.可根据现场的报警要求，调整报警阈值。
6.保存并可随时查询历史数据（黑盒子），有利于经验的积累和为事故趋势分析提供依据。
7.可通过RS485或以太网接口联入火灾报警系统。
8.系统具有自诊断功能，可快速判定光纤或光缆故障。
分布式光纤及电缆测温系统 目录 一、分布式光纤温度监测系统 (1) 1、系统概述 (2) 2、分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标 (2) 3、分布式光纤感温光缆 (3) 4、系统技术特点 (4) 5、行业应用 (6) 二、XSJ-2000型电缆温度在线监测预警系统 (7) 1、系统概述 (7) 2、系统组成 (7) 3、总线系统 (9) 4、设计方案 (9) 三、XSJ-2000型电缆隧道自动防火门系统 (10) 1、概述 (10) 2、系统硬件构成 (10) 3、系统结构图及设计图 (11) 一、分布式光纤温度监测系统
1、系统概述 分布式线型光纤感温火灾报警系统主要是一种时域分布式光纤监测系统，它的技术基础是光时域反射技术OTDR，是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里到几十公里范围，空间定位精度达到米的量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的场合，它具有精度高、数据传输及读取速度快、自适应性能好等优点。系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速线性测温并定位, 是光机电、计算机一体化技术的集成。 XSJ-2000基于拉曼散射技术的温度传感系统，其系统结构如图1。 图1拉曼散射温度传感系统结构 2、分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标
●测温范围：-50～150℃； ●额定动作温度：35 ～115℃； ●空间分辨率：1m； ●定位精度：±1.0m； ●采样速率（空间采样间隔）：100MHz(1m)； ●测量时间：10s； ●测量元件类型：感温电缆直接接入主机； ●温度分辨率：±1.0℃； ●温度稳定性：1.0℃； ●温度显示：显示连续温度曲线； ●测温方式：无盲区连续测试； ●系统联网方式：RS485，可以远程数据传输；（同时支持TCP/IP,232 接口）； ●分布式线型光纤感温探测系统主机能够进行手动报警复位和协议报 警复位功能； ●分布式线型光纤感温探测系统主机能够远程输出报警开关量信号，实 现系统报警与控制联动效应； ●分布式线型光纤感温探测系统主机有输入(键盘与鼠标)与显示(液晶) 功能，可视人机交互界面； ●分布式线型光纤感温探测系统主机可配接备用电源； ●分布式线型光纤感温探测系统主机可与报警控制器相配接； ●使用温度：-25～60℃； ●使用湿度：20～90%（无冷凝）； ●输出信号：开关量输出； 3、分布式光纤感温光缆 光缆特点：中心松套管光纤，采用不锈钢软管护套，再外包上外径3mm的聚合物材料，光缆外形如图2所示。
分布式光纤温度监测系统 型号：CTM 4000 德国技术 激光器15年免维护 产 品 样 本 （2006版） 国内主要用户：北京电力公司杭州电力公司厦门电业局 宁波电力公司连云港核电站 北京兴迪仪器有限责任公司
目录 1 应用领域 2 测量原理 2.1 拉曼散射 2.2 测量原理 3 系统组成 4 系统整体性能和特点 5 系统技术规范 5.1 系统主要技术参数 5.2 控制器 OTS 5.2.1 主机 5.2.2 电气参数 5.2.3 光的连接器 5.3 感温光缆 5.3.1 外敷设式光缆 5.3.2 内嵌式光缆 6 多路光纤转换开关（可选件） 7 中文操作软件 CHARON_02 增强版 8 系统网络(可选件) 9 计算机和打印机 10 安装附件 11 国内电力行业用户典型应用举例
分布式光纤温度监测系统 型号：CTM 4000 目前，在很多场合下，温度已成为非常关键的因素，许多物理特性的变化都直接反映在温度的升降上，因此对温度的监测的意义越来越大。随着光纤应用技术的发展，基于拉曼散射原理的分布式光纤测温系统是目前世界上最先进、最有效的连续分布式温度监测系统。 CTM4000型分布式光纤温度监测系统，由北京兴迪仪器有限责任公司引进德国先进核心技术成套生产，并提供整套系统的安装，调试和售后服务。已得到国内用户的广泛认可。截止到2005年底，已经应用在北京电力公司220kV电缆，回路长9.7公里，杭州电力局12 根220KV电缆，厦门电业局10/110/220kV电缆，宁波电力局220 kV电缆，连云港核电站220KV电缆的温度监测上。同时向厦门电业局提供电缆载流量计算软件，实时提供电缆的负荷率和载流量预测。 在中国的高速公路隧道，过江隧道，办公大楼防火等领域也有50多套正在使用中。在全世界范围内共有约2500套系统投入使用。 1 应用领域 1) 电力电缆温度监测 电力电缆的在线实时温度监测，具有重大现实意义: 运行状态监测，有效监测电缆在不同负载下 的发热状态，积累历史数据； 载流量分析，可以保证在不超过电缆的允许 运行温度的情况下，最大地发挥电缆的传输 能力，降低运行成本； 老化监测，发现电缆上的局部过热点。及时采取降温措施，延缓电缆老化速度； 实时故障监测，发现电缆运行过程中的外力破坏； 电缆沟内火情监测与报警；
EN.SURE分布式光纤温度系统方案
保证当今世界电力的可靠供给 防止电力中断的预防措施 随着对电力的需求不断增加，对于电力公司和电网的挑战也越来越大。电力供给行业继续迅速自由化发展，致使了国内和国际网络的重组。过去几年中发生的事件，包括主要区域大规模的停电和短路，以及替代能源不断被应用于现存的网络中，表明了现在的结构需要作出改善。同时，对开支能否降至最低的压力也越来越大。 温度监测是地下能源传输分配系统优化的关键因素。导体的温度取决于负载，但其余诸如土壤热阻力，电力线路的排布，相邻的电缆和其他来源扩散到导体周围的热量等因素也会对系统表现产生重要影响。 即使现今，要预测电缆沿线的温度分布是几乎不可能的，所以系统的最大载流量通常妥协于操作条件和风险最小化。 安装工业分布式温度测量系统（DTS）来测量电缆沿线的实时温度是传输分配系统监测的第一步。LIOS技术有限公司提供的集成动态电缆分级（DCR）或者也可称为实时热额定值（RTTR）解决方案不仅仅能够持续监测高压电缆沿线的实时温度，而且能帮助电网在安全的前提下达到最大能力。此外，它也使得电网运营商能在原定运作条件发生重大改变时预测传输系统的动向。
[测量原理] 光纤测温系统由激光二极管发出的连续波照射光纤内的玻璃芯。当光波沿着光纤玻璃芯下移时，会产生多种类型的辐射散射。如瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等。其中拉曼散射是对温度最为敏感的一种。光纤中光传输的每一点都会产生拉曼散射，并且产生的拉曼散射光是均匀分布在整个空间角内的。 拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的，具体地说，如果一部分光能转换成为热振动，那么将发出一个比光源波长更长的光，称为斯托克斯光（Stokes光），如果一部分热振动转换成为光能，那么将发出一个比光源波长更短的光，称为反斯托克斯光（Anti-Stokes光）。其中Stokes光强度受温度的影响很小，可忽略不计，而Anti-Stokes光的强度随温度的变化而变化。Anti-Stokes光与Stokes光的强度之比提供了一个关于温度的函数关系式。光在光纤中传输时一部分拉曼散射光（背向拉曼散射光）沿光纤原路返回，被光纤探测单元接收。DTS通过测量背向拉曼散射光中Anti-Stokes光与Stokes光的强度比值的变化实现对外部温度变化的监测。在频域中，利用OFDR技术，根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的强度差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。 其工作原理如下图所示： [技术优势] LIOS技术有限公司提供的监测系统能通过以下措施保证用户在事故前定位热点，动态分析电力负荷以及保证可靠的电力供应： 1）热点的精确定位
光纤温度传感器 电子092班 张洪亮 2009131041
光纤温度传感器 摘要 本文从光纤和光纤传感器以及光纤温度传感器的发展历程开始详细分析国内外 主要光纤温度测温方法的原理及特点，比较了不同方法的温度测量范围和性能指标以及各自的优缺点。通过研究发现了当前的光纤温度传感器的种类和特点，详细介绍了光纤温度传感器的原理，种类和各自的特点和优缺点。可以根据这些传感器各自特点将各种传感器应用到不同的领域，本文也简要分析了各种光纤温度传感器的运用范围和领域。本文还通过图文并茂的方式比较详细地分析了介绍了空调器的基本结构，工作电气原理和基本的热力学过程。本文对毕业设计主要内容和拟采用的研究方案也做出了详细地介绍分析。 关键词：光纤传感器，光纤温度传感器，运用领域，空调器，空调器原理 1 引言： 光纤温度传感器是一种新型的温度传感器．它具有抗电磁干扰、耐高压、耐腐蚀、防爆防燃、体积小、重量轻等优点，其中几种主要的光纤温度传感器：分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器和基于弯曲损耗的光纤温度传感器更有着自己独特的优点。与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高;是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。它将在航空航天、远程控制、化学、生物化学、医疗、安全保险、电力工业等特殊环境下测温有着广阔的应用前景。在本论文中将详细分析当前光纤温度传感器的主要种类和各自的原理，特点和应用范围。70 年代中期，人们开始意识到光纤不仅具有传光特性，且其本身就可以构成一种新的直接交换信息的基础，无需任何中间级就能把待测的量与光纤内的导光联系起来。1977 年，美国海军研究所开始执行光纤传感器系统计划，这被认为是光纤传感器问世的日子。从这以后，光纤传感器在全世界的许多实验室里出现。从70 年代中期到 80 年代中期近十年的时间，光纤传感器己达近百种，它在国防军事部门、科研部门以及制造工业、能源工业、医学、化学和日常消费部门都得到实际应用。从目前的情况看，己有一些形成产品投入市场，但大量的是处在实验室研究阶段。光纤传感器与传统的传感器相比具有一下优点:灵敏度高; 是无源器件，对被测对象不产生影响;光纤耐高压，耐腐蚀，在易燃、易爆环境下安全可靠;频带宽，动态范围大;几何形状具有多方面的适应性;可以与光纤遥测技术相配合，实现远距离测量和控制;体积小，重量轻等。目前，世界各国都对光纤传感器展开了广泛，深入的研究，几个研究工作开展早的国家情况如下:美国对光纤传感器研究共有六个方面:这些项目分别是: 光纤传感系统;现代数字光 纤控制系统;光纤陀螺;核辐射监控;飞机发动机监控; 民用研究计划。以上计划仅在 1983 年就投资 12-14 亿美元。美国从事光纤传感器研究的有美国海军研究所、美国宇航局、西屋电器公司、斯坦福大学等 28 个主要单位。美国光纤
分布式光纤测温系统在电力系统中的应用 作者：陆志1，林国栋1，简燕红2 （1.辽宁地质工程职业学院，辽宁丹东118008；2.华北电 力大学，河北保定071003） 发布时间：2009-5-21 摘要：文章主要介绍了基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器的基本原理、实现方法，及其在电力电缆、变压器、高压配电装置等电力设备中的具体应用。 关键词：光时域反射仪；拉曼散射；分布式光纤温度传感 中图分类号：TN253 文献标识码：A 文章编号：1674-1145（2009）08-0168-02 一、引言 随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，一旦发生事故便会对国民经济造成巨大损失。如何对正在运行的电力设备进行在线监测并进行安全预测和温度变化趋势分析？如何通过实时数据对设备质量、运行环境、运行方式、设备老化、负荷不平衡等进行科学分析？这些都是电力系统中迫切需要解决的问题。传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻式测温系统等只能对电力系统的局部位置进行测温，无法为安全、经济运行、高效检修提供科学依据。而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量，实现了运行设备的实时在线监测，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故应急不备的问题。在电力系统中，这种光纤测温技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。 二、分布式光纤测温的基本原理 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射（OTDR）原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 （一）光时域反射(OTDR)原理 当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为 2L，，，其中v为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速，n为光纤折射率。在测得时刻t时，就可求得距光源L处的距离。 （二）光纤的后向拉曼散射温度效应 当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反（亦可称为后向）。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度(该点光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。利用这个现象，若能测出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理。 如用公式来表达：当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的。如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的光，称为斯托克斯光；如果一部分热振动转换为光能，那么将发出一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯光。根据
分布式光纤测温系统原理 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 分布式光纤测温 一、引言 随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，一旦发生事故便会对国民经济造成巨大损失。如何对正在运行的电力设备进行在线监测并进行安全预测和温度变化趋势分析?如何通过实时数据对设备质量、运行环境、运行方式、设备老化、负荷不平衡等进行科学分析?这些都是电力系统中迫切需要解决的问题。传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻 式测温系统等只能对电力系统的局部位置进行测温，无法为安全、经济运行、高效检修提供科学依据。而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量，实现了运行设备的实时在线监测，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故应急不备的问题。在电力系统中，这种光纤测温技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。 二、分布式光纤测温的基本原理 1. 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布 里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射(OTDR)原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 (一)光时域反射(OTDR)原理 当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L，其中v为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速，n为光纤折射率。在测得时刻t时，就可求得距光源L处的距离。 (二)光纤的后向拉曼散射温度效应 当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反(亦可称为后向)。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度(该点光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。利用这个现象，若能测出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理。 如用公式来表达：当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的。如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的光，称为斯托克斯光;如果一部分热振动转换为光能，
光纤中的散射光 当光（电磁）波射入介质时，若介质中存在某些不均匀性（如电场、相位、粒子数密度n、声速v等）使光（电磁）波的传播发生变化，有一部分能量偏离预定的传播方向而向空间中其他任意方向弥散开来，这就是光散射。光的散射现象的表现形式是多种多样的，从不同的角度出发，可有不同的分类，但从产物的物理机制来看，可以分为两大类： 第一类是非纯净介质中的光散射，该散射现象不是介质本身所固有的，而强烈地依赖于掺杂进来的散射中心的性质或介质本身的纯净度。其规律主要表现为：散射光的频率与入射光的频率相同；散射光的强度与入射波长成一定关系。 第二类是纯净介质中的散射，即使所考虑的介质是由成分相同的纯物质组成，其中不含有外来掺杂的质点、颗粒或结构缺陷等，仍然有可能产生光的散射现象，这些散射现象是介质本身所固有的，与介质本身的纯净度没有本质上的关系。属于这类纯净介质的散射现象有如下几种： 1）瑞利散射设介质是由相同的原子或分子组成，由于这些原子或分子空间分布的随机性的统计起伏（密度起伏），造成与电极化特性相应的随机性起伏，而形成入射光的散射。这种散射现象的特点是频率与入射光频率相同，在散射前后原子或分子内能不发生变化，散射光强度与入射光波长的四次方成反比。 2）拉曼散射这种散射现象通常发生在由分子组成的纯净介质中，组成戒指的分子是由一定的原子或离子组成的，它们在分子内部按一定的方式运动（振动或转动），分子内部粒子间的这种相对运动将导致感生电偶极矩随时间的周期性调制，从而可以产生对入射光的散射作用；在单色光入射的情况下，这将是散射光的频率相对于入射光发生一定的移动，频移量正好等于上述调制频率，亦即与散射分子的组成和内部相对运动规律有关。 3）布里渊散射对于任何种类的纯净介质来说，由于组成介质的质点群连续不断的做热运动，使得在介质内始终存在着不同程度上的弹性力学振动或声波场。连续介质的这种宏观弹性力学振动，意味着介质密度（从而也是折射率）随时间和空间的周期性起伏，因而可对入射光产生散射作用，这种作用类似于超声波对光的衍射作用，并且散射光的频移大小与散射角及介质的声波特性有关。
分布式光纤测温系统 一、兴安矿现状 兴安矿井煤系地层厚1120米，有煤层41个，其中可采和局部可采煤层23个，煤层总厚度为75.99米，2006年10月26日黑龙江省煤田地质研究所对兴安矿煤层自然倾向性分类和自然发火期核定说明：11、12、17-1、17-2、18、21、22、27、30号层9个煤层属容易自然发火煤层。 各煤层自然发火期：11 号层自然发火期：4个月；17-1号层、17-2号层自然发火期： 8个月；18号层自然发火期：6个月；21号层自然发火期： 10 个月、12、27、30号煤层自然发火期12个月属自然发火煤层， 23、24、28、33等煤层自然发火期12 个月以上，属不易自然发火煤层。 由于煤层自燃发火期短，在对煤层自然发火潜伏期温度的变化进行观测时发现现有的观测技术落后。 二、强化温度观测技术 兴安矿煤层自燃发火的预测预报工作主要以人工观测采空区后部钻孔为主，这种方法在技术上限制了观测的连续性和准确性，为改变现有的观测技术，兴安矿引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统。 三、分布式光纤测温监测预报系统原理及系统软硬件设备 1、原理 分布式光纤测温监测预报系统采用分布式光纤测温技术，该技术
为拉曼散射和光时域反射技术，可以实现温度和距离的测定。 拉曼散射是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集，光纤测温的原理是依据后向拉曼（Raman ）散射效应。 图3-1 激光散射光谱分析 光时域反射技术（即OTDR 原理）是对空间分布的温度实现空间测量的理论基础。激光脉冲在光纤中传输时，在时域里，入射光经过背向散射返回到光纤入射端所需时间为t ，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L ，有： 2L V t =? (3-1) C V n = (3-2)
详细剖析光纤温度传感器的工作原理和应用场景 温度是度量物体冷热程度的物理量，许多物理现象和化学过程都是在一定温度下进行，人们的日常生活也和温度密切相关。随着科学技术的迅猛发展，对温度的测量也提出了更多更高的要求。以电信号为工作基础的传统的光纤温度传感器特点光纤测温传感器测量温度的方法光纤传感器的基本原理几种光纤温度传感器的原理基于布里渊散射的分布式光纤传感技术基于布里渊光频域分析（BOFDA）技术的分布式光纤传感器光纤温度传感器的应用 光纤温度传感自问世以来, 主要应用于电力系统、建筑、化工、航空航天、医疗以至海洋开发等领域,并已取得了大量可靠的应用实绩。 1、光纤温度传感器在电力系统有着重要的应用，电力电缆的表面温度及电缆密集区域的温度监测监控; 高压配电装置内易发热部位的监测; 发电厂、变电站的环境温度检测及火灾报警系统; 各种大、中型发电机、变压器、电动机的温度分布测量、热动保护以及故障诊断; 火力发电厂的加热系统、蒸汽管道、输油管道的温度和故障点检测; 地热电站和户内封闭式变电站的设备温度监测等等。 2、光纤温度传感特别是光纤光栅温度传感器很容易埋入材料中对其内部的温度进行高分辨率和大范围地测量, 因而被广泛的应用于建筑、桥梁上。美国、英国、日本、加拿大和德国等一些发达国家早就开展了桥梁安全监测的研究, 并在主要大桥上都安装了桥梁安全监测预警系统, 用来监测桥梁的应变、温度加速度、位移等关键安全指标。1999 年夏, 美国新墨西哥Las Cruces 10 号州际高速公路的一座钢结构桥梁上安装了120 个光纤光栅温度传感器,创造了单座桥梁上使用该类传感器最多的记录。 3、航空航天业是一个使用传感器密集的地方,一架飞行器为了监测压力、温度、振动、燃料液位、起落架状态、机翼和方向舵的位置等, 所需要使用的传感器超过100 个, 因此传感器的尺寸和重量变得非常重要。光纤传感器从尺寸小和重量轻的优点来讲, 几乎没有其他传感器可以与之相比。 4、传感器的小尺寸在医学应用中是非常有意义的, 光纤光栅传感器是现今能够做到最小的
分布式光纤传感温度报警系统Ξ 张在宣 郭 宁 余向东 吴孝彪 (中国计量学院光电子技术研究所,杭州310034) 摘 要 研制了一种由分布光纤温度传感器系统组成的新型在线自动温度检测、报警系统,它是一种特殊的光纤通信网络,也是一种光纤雷达。文中讨论了系统的工作原理、调制与解调原理,系统的组成结构和系统的报警特性。在一根2km光纤上可采集一千个温度信息并能进行空间定位,是一种理想的温度报警系统。 关键词 分布光纤温度传感器 光时域反射技术 温度报警系统 一、前 言 分布式光纤温度传感器系统实质上是分布光纤喇曼(Raman)光子传感器(DOFRPS)系统,它是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。在系统中光纤既是传输媒体又是传感媒体,利用光纤背向喇曼散射的温度效应,光纤所处空间各点的温度场调制了光纤中的背向喇曼散射的强度,即反斯托克斯(stokes)背向喇曼散射光的强度),经波分复用器和光电检测器采集了带有温度信息的背向喇曼散射光电信号,再经信号处理系统解调后,将温度信息实时从噪声中提取出来并进行显示,它是一种典型的光纤通信网络;在时域里,利用光纤中光波的传播速度和背向光回波的时间间隔,利用光纤的光时域反射(O TDR)技术对所测温度点定位,它是一种典型的光雷达系统。 分布光纤传感系统中的传感光纤不带电,抗射频和电磁干扰,防燃、防爆、抗腐蚀、耐高电压和强电磁场、耐电离辐射,能在有害环境中安全运行,系统具有自标定、自校准和自检测功能;即使在光纤受损时不仅可继续工作,而且可检测出断点位置。在一根2km光纤上可采集一千个温度信息并能进行空间定位,由于分布光纤传感系统的优越特性,已经开始应用于火灾自动温度报警系统。 分布光纤温度传感器的主要用途: 11用于煤矿、隧道的温度自动报警控制系统; 21油库、油轮,危险品仓库,大型货轮,军火库等温度自动报警控制系统; 31高层建筑、智能大厦、桥梁、高速公路等在线动态检测和火灾防治及报警; 41各种大、中型变压器,发电机组的温度分布测量,热保护和故障诊断; 51地下和架空高压电力电缆的热检测与监控; 61火力发电所的配管温度、供热系统的管道、输油管道的热点检测和故障诊断;化工原料、照相材料及油料生产过程在线动态检测; 71作为一种典型的机敏结构用于航空、航天飞行器在线动态检测和机器人的神经网络系统。 分布光纤温度传感系统是一种光机电和计算机一体化的高科技,世界上有英国、日本、瑞士和我国研制生产,英国、日本等应用于大型变压器、发电机组热保护和保障诊断,日本、瑞士和我国开始应用于火灾自动报警控制系统。 分布光纤温度传感器系统可显示温度的传播方向、速度和受热面积。可将报警区域的 42计量技术 20001№2Ξ国家首批产学研工程项目资助
分布式光纤测温系统原理 分布式测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射()原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 分布式光纤测温 一、引言 随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，一旦发生事故便会对国民经济造成巨大损失。如何对正在运行的电力设备进行在线监测并进行安全预测和温度变化趋势分析?如何通过实时数据对设备质量、运行环境、运行方式、设备老化、负荷不平衡等进行科学分析?这些都是电力系统中迫切需要解决的问题。传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻式测温系统等只能对电力系统的局部位置进行测温，无法为安全、经济运行、高效检修提供科学依据。而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量，实现了运行设备的实时在线监测，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故应急不备的问题。在电力系统中，这种光纤测温技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。 二、分布式光纤测温的基本原理 1. 分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布 里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射()原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。 (一)光时域反射()原理 当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为，激光脉冲在光纤中所走过的路程为，其中为光在光纤中的传播速度、为真空中的光速，为光纤折射率。在测得时刻时，就可求得距光源处的距离。 (二)光纤的后向拉曼散射温度效应 当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反(亦可称为后向)。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度(该点光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。利用这个现象，若能测出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理。 如用公式来表达：当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的。如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的光，称为斯托克斯光;如果一部分热振动转换为光能，那么将发出一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯光。根据拉曼散射理论，在自发拉曼散射条件下，两束反射光的光强与温度有关，它们的比值()为：
光纤温度传感器 摘要：本文分析了光纤温度传感器在温度探测中的优势，分别介绍了分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、干涉型光纤温度传感器、光纤荧光温度传感器的工作原理，最后综述了光纤温度感器在现代工业及生活的应用。 关键字：光纤传感温度应用 1引言 在科研和生产中，有很多温度测量问题，传统的温度传感器有热电偶，热电阻温度传感器，热敏电阻温度传感器，半导体温度传感器等等。光纤温度传感器是20世纪70年代发展起来的一种新型传感器。与传统的温度传感器相比，它具有灵敏度高，体积小，质量轻，易弯曲，不产生电磁干扰，不受电磁干扰，抗腐蚀性好等等优点，特别适用于易燃，易爆，空间狭窄和具有腐蚀性强的气体，液体以及射线污染等苛刻环境下的温度检测。 2光纤温度传感器分类 光纤温度传感器按照调制机理可分为相位调制，振幅调制，偏振态调制；按工作原理分，光纤温度传感器可分为功能性和传输型两种。功能型温度传感器中光纤作为传感器的同时也是光信号的载体，而传输型温度传感器中光纤则只传输光信号。传光型与传感型相比，虽然灵敏度稍差，但可靠性高，实用的传感器大多是这种类型。 目前主要的光纤温度传感器包括分布式光纤温度传感器、光纤光栅温度传感器、光纤荧光温度传感器、干涉型光纤温度传感器等。 2.1光纤光栅温度传感器 光纤光栅温度传感器是利用光纤材料的光敏性在光纤纤芯形成的空间相位光栅来进行测温的。光纤光栅以波长为编码，具有传统传感器不可比拟的优势，近年来光纤光栅成为发展最为迅速，最具代表性的光纤无源器件之一，已广泛用于建筑、航天、石油化工、电力行业等。 光纤光栅温度传感器主要有Bragg光纤光栅温度传感器和长周期光纤光栅传感器。Bragg光纤光栅是指单模掺锗光纤经紫外光照射成栅技术而形成的全新光纤型Bragg光栅，成栅后的光纤纤芯折射率呈现周期性分布条纹并产生Bragg 光栅效应，其基本光学特性就是以共振波长为中心的窄带光学滤波器，满足如下光学方程： =2nA 式中：为Bragg波长，A为光栅周期，n为光纤模式的有效折射率。 长周期光纤光栅是一种特殊的光纤光栅，其传光原理是将前向传输的基模耦合到前向传输的包层模中。由于其宽带滤波、极低的背景发射等特点引起人们的重视，是一种新型的宽带带阻滤波器。 光纤温度监测系统主要由光纤光栅传感器、传输信号用的光纤和光纤光栅解调器组成。光纤光栅解调器用于对光纤光栅传感器的信号检测和数据处理，以获得测量结果，传输光纤用于传输光信号，光纤光栅传感器则主要用于反射随温度变化中心波长的窄带光，如图1所示：
XSJ-2000G分布式光纤温度监测系统 1.概述 分布式线型光纤感温火灾报警系统（DTS）主要是一种时域分布式光纤监测系统，它的技术基础是光时域反射技术OTDR，是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里到几十公里范围，空间定位精度达到米的量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的场合，它具有精度高、数据传输及读取速度快、自适应性能好等优点。系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速线性测温并定位, 是光机电、计算机一体化技术的集成。 近年来已开始应用于各种大、中型变压器，发电机组的温度分布测量、热保护和故障诊断；大型仓库、油库、危险品库、大型轮船的货轮、高层建筑、煤矿、隧道和输油管道的火灾防护及报警系统；化工原料及油料生产过程中的在线、动态检测；把它作为一种典型的机敏结构（smart structure）用于航空、航天飞行器的在线、动态检测系统和机器人的神经网络系统。 2、分布式光纤温度监测系统技术指标及特点 2-1分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标 ●测温范围：-50～150℃； ●额定动作温度：35 ～115℃； ●空间分辨率：0.25m； ●定位精度：±0.5m； ●采样速率（空间采样间隔）：100MHz(1m)； ●测量时间：10s； ●测量元件类型：感温电缆直接接入主机； ●温度分辨率：0.1℃； ●温度稳定性：0.5℃； ●温度显示：显示连续温度曲线； ●测温方式：无盲区连续测试； ●系统联网方式：RS485，可以远程数据传输；（同时支持TCP/IP,232
光纤测温系统原理光纤测温系统构成 图4 光纤测温系统构成 光纤测温系统设计说明：采用点式测温，由于解调体积较小，可每台**每组件近安装一个温度解调仪，测温主机安装在控制室，多路感温光纤分别对监控区域进行温度监测，通过RJ45上传实时温度数据，报警时通过继电器输出报警信息给上位机，实现报警联动。
系统特点 不降低电气设备的安全等级：测温式电气火灾监控探测器体积小，直径，没有任何金属材质、电子元器件，绝缘性好，20cm耐10万伏电压。 最准确的预报技术：不受电磁场干扰的监测方式，≤10S的响应时间充分将火灾隐患消灭在萌芽阶段。 全年、全天侯安全守护：至少25年，每年365天，全天候24小时实时监测和分析。 高性价比：初期造价经济合理，后期运行免维护。 减少了监测盲区、提高了设备安全性：定位精度1mm。 节省成本：直接安装于温升部位，实时记录、显示监测点数据，实现无人值守监测站目标。 建立了维修依据：全面掌握设备运行情况，可以预测、预知设备老化，从而根据设备运营状况提出检修时间、检修计划。 智能判断性：能够对被测对象的正常温度、异常温度、火灾进行快速的判断和分析。 参数设置的方便性：可设置多级的预报警、报警阀值；报警方式有声、光、不同颜色的图形界面、继电器输出等形式。可在任何时间准确显示任何一点监测的温度，在事故发生前早期预警。 网络性：该系统具有开放式、网络化、单元化及组态方便等优点，以实现信息化的管理。兼容性：系统可以通过RS232/RS485、RJ45、内置继电器等输出形式与消防报警系统，提供信号进行声、光报警，信号输出准确、完整。 安全性：具有多级权限设置功能，授权管理，确保系统的安全。 数据管理性：能够对不同类型的数据进行统计、保存、查询、打印、复制。数据类型有：
分布式光纤测温系统施工要求 一般来讲，安装光缆时，每隔2米用一个吊杆固定光缆。光缆铺设完毕后将尾端密封，做好防水防尘的保护，并放在安全的地方。此外，在光缆施工中还应注意以下几点：由于光缆的结构比较特殊，损坏后又难以修复，所以要求我们在装卸运输过程中和施工当中要特别注意对光缆的防护和维护，避免出现损伤、损坏等情况的发生，具体措施如下： 1、光缆到达材料站后，由监理、项目部和供货商共同派出代表进行检查，并做好检查纪录。 2、光缆存放的地面要干燥、坚实、平整，直立并离开地面200mm存放。存放仓库要防火、防水、防潮。 3、在运输时线盘要直立放置并用垫木支撑后绑扎牢固运输，中途如有松动则须重新绑扎后再运输。 4、在运输、装卸、存放和施工过程中线盘要直立放置并用垫木支撑后绑扎牢固，不能以任何理由而损坏线盘使之变形，做到轻装轻卸，不挤压、不碰撞。 5、光缆可短距离滚动，但必须要使滚动方向与光缆的缠绕方向一致。并且在滚动过程中不得挤压或碰撞光缆。 6光缆从材料站发出时要全面检查核实盘号、线长、起止塔号，确认与该耐张段无误后方可发出运至相应的施工现场。 7、光缆采用张力放线，在一个放线段内，第一只和最后一只放线滑轮的直径必须大于 0.8m,中间若有档距大于600m或转角度数大于15度时放线滑轮直径必须大于0.8m，由于没有0.8m的单轮滑车，故采用挂双滑车（0.6m）代替，其余滑车可用0.6m直径的单轮滑车。 8、放线张力机轮轮径必须大于1.2m。放线过程中应控制张力，限制牵引速度，防止张力施加在光缆上，在整个展放过程中，光纤光缆承受的最大放线张力不允许超过其计算保证拉断力的18%。在调整张力机张力时注意张力要缓慢升高，避免使牵引绳和光缆上的张力产生较大幅度的波动。 9、施工过程中，与光纤光缆接触的物件及工具都要进行包胶等措施预保护，防止磨伤光缆。 10、光缆锚线时，要使用专用卡线器并与旋转连接器连接后锚线，锚线钢丝绳要尽量短。 11、光缆在施工过程中尽量不要形成弯曲，必要的弯曲必须遵循最小弯曲半径的要求，
------------- EN.SURE分布式光纤温度系统方案
------------- 保证当今世界电力的可靠供给 防止电力中断的预防措施 随着对电力的需求不断增加，对于电力公司和电网的挑战也越来越大。电力供给行业继续迅速自由化发展，致使了国内和国际网络的重组。过去几年中发生的事件，包括主要区域大规模的停电和短路，以及替代能源不断被应用于现存的网络中，表明了现在的结构需要作出改善。同时，对开支能否降至最低的压力也越来越大。 温度监测是地下能源传输分配系统优化的关键因素。导体的温度取决于负载，但其余诸如土壤热阻力，电力线路的排布，相邻的电缆和其他来源扩散到导体周围的热量等因素也会对系统表现产生重要影响。 即使现今，要预测电缆沿线的温度分布是几乎不可能的，所以系统的最大载流量通常妥协于操作条件和风险最小化。 安装工业分布式温度测量系统（DTS）来测量电缆沿线的实时温度是传输分配系统监测的第一步。LIOS技术有限公司提供的集成动态电缆分级（DCR）或者也可称为实时热额定值（RTTR）解决方案不仅仅能够持续监测高压电缆沿线的实时温度，而且能帮助电网在安全的前提下达到最大能力。此外，它也使得电网运营商能在原定运作条件发生重大改变时预测传输系统的动向。
[测量原理] 光纤测温系统由激光二极管发出的连续波照射光纤内的玻璃芯。当光波沿着光纤玻璃芯下移时，会产生多种类型的辐射散射。如瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等。其中拉曼散射是对温度最为敏感的一种。光纤中光传输的每一点都会产生拉曼散射，并且产生的拉曼散射光是均匀分布在整个空间角内的。 拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的，具体地说，如果一部分光能转换成为热振动，那么将发出一个比光源波长更长的光，称为斯托克斯光（Stokes光），如果一部分热振动转换成为光能，那么将发出一个比光源波长更短的光，称为反斯托克斯光（Anti-Stokes光）。其中Stokes光强度受温度的影响很小，可忽略不计，而Anti-Stokes光的强度随温度的变化而变化。Anti-Stokes光与Stokes光的强度之比提供了一个关于温度的函数关系式。光在光纤中传输时一部分拉曼散射光（背向拉曼散射光）沿光纤原路返回，被光纤探测单元接收。DTS通过测量背向拉曼散射光中Anti-Stokes光与Stokes光的强度比值的变化实现对外部温度变化的监测。在频域中，利用OFDR技术，根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的强度差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。 其工作原理如下图所示： [技术优势] LIOS技术有限公司提供的监测系统能通过以下措施保证用户在事故前定位热点，动态分析电力负荷以及保证可靠的电力供应： 1）热点的精确定位
设计性实验报告 实验课程：医用传感器设计实验学生姓名：程胜雄 学号：080921037 专业班级：08医工医疗器械方向 2010年 12月 8 日
光纤温度传感器的设计 摘要：介绍了金属热膨胀式光纤温度传感器的设计，利用金属件的热膨胀的原理，通过绕制在金属件上的光纤损耗产生变化，当光源输出光功率稳定的情况下，探测器接收光功率受温度调制，通过光电转换，信号处理，完成温度的换算。传感器以光纤为传输手段，以光作为信号载体，抗干扰能力强，测量结果稳定、可靠，灵敏度高。 关键词：光纤，传感器，光纤传感器，光纤温度传感器 在光通信系统中，光纤是用作远距离传输光波信号的媒质。在实际光传输过程中，光纤易受外界环境因素的影响；如温度、压力和机械扰动等环境条件的变化引起光波量，如发光强度、相位、频率、偏振态等变化。因此，人们发现如果能测出光波量的变化，就可以知道导致这些光波量变化的物理量的大小，于是出现了光纤传感技术。 一：光纤传感器的基本原理 在光纤中传输的单色光波可用如下形式的方程表示 E= 式中，是光波的振幅：w是角频率；为初相角。 该式包含五个参数，即强度、频率w、波长、相位（wt+） 和偏振态。光纤传感器的工作原理就是用被测量的变化调制传输光光波的 某一参数，使其随之变化，然后对已知调制的光信号进行检测，从而得到 被测量。当被测物理量作用于光纤传感头内传输的光波时，使的强度发生 变化，就称为强度调制光纤传感器；当作用的结果使传输光的波长、相位 或偏振态发生变化时，就相应的称为波长、相位或偏振调制型光纤传感器。（一）强度调制 1.发光强度 调制传感 器的调制 原理光 纤传感器 中发光强 度的调制 的基本原 理可简述 为，以被测量所引起的发光强度变化，来实现对被测对象的检测和控制。 其基本原理如图5-39所示。光源S发出的发光强度为的光柱入传感头，
分布式光纤测温系统技术规范(技术规范专用部分) -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX XXXXXXXXXXXXXXXXX分布式光 纤测温系统技术规范 (A154-500116876-00038) 招标文件 （技术规范专用部分） XXXXX有限公司 2016年02月·XXXXX
1.适用范围 本技术规范专用部分规定了XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX管理范围内新购置光纤分布式测温系统的技术规范和技术要求，本技术规范专用部分中标明的参数数值是作为特殊强调的条款，其它未标明的均应执行IEC、GB 及有关行业标准的最新版本中相关条款的最高要求。 2.总则概述 ⑴.本技术规范专用部分适用于XXXXXXXXXXXXXXXXX光纤分布式测温系统。 ⑵.在本招标专用技术规范中，凡出现“应”的条款，属于强制性条款，在正常情况下均应按此执行；凡出现“宜”的条款，属于推荐性条款，在条件许可时首先应按此执行；凡出现“可”的条款，属于选择性条款，在一定条件下可以按此执行。 ⑶.本招标专用技术规范书中标注为“★”部分条款均属于强制性条款，如不满足其投标作废标处理；标注为“▲”部分条款作为详评阶段的加分项，不作为废标条件，详见招标文件评标办法章节相关描述。 ⑷.技术参数表格内标注“▲”部分为此次招标项目的关键性技术参数指标，作为详评阶段的加分项，不作为废标条件，投标人所响应填写的“投标人保证值”列内容，应在投标文件中提供由中国合格评定国家认可委员会(CNAS)认可的第三方权威检测机构(检测实验室)出具的有效的电磁兼容型式检验报告(或试验报告或鉴定报告)及有效的型式检验报告(或试验报告或鉴定报告)作为佐证验证其填写内容真实性，详见评标办法章节相关描述。 ⑸.投标人应按照本技术规范专用部分的要求提供应标文件，中标方按照本技术规范专用部分的要求提供技术协议书。