下载文档原格式
电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering电子技术Electronic Technology 用于火灾预警的分布式光纤温度传感器刘温彦（郑州大学 河南省郑州市 450001 ）摘 要：本文对光纤DTS 的国内外研究现状进行了概括，并给出了最新研究成果的系统构成、温度解调模型及算法。
该传感器具有智 能化、小型化、高精度、实时性等优点，可以针对不同的需求及场合进行功能扩展，可广泛用于煤矿业、电力系统行业、建筑业、航天航 空业等领域，有极大的发展空间和应用前景。
关键词：预警系统；分布式光纤温度传感器；电力系统1引言分布式光纤温度传感（DTS ））技术是二十世纪八十年代提出 的一种新型测温技术。
它的温度测量机理是光纤的瑞利散射、布里 渊散射和拉曼散射。
其中，基于瑞利散射的测量精度低、响应范围 小、传感距离短，应用范围非常受限⑴。
布里渊散射可同时进行应 力和温度的传感测量，但是测量所用激光光源、温度解调算法昂贵、 复杂，要想普及非常困难。
相比之下，拉曼散射DTS 系统构成简单， 成本中等，因而研究的种类最多、更容易实现商业化，逐渐成为温 度传感领域的研究热点。
上世纪八十年代初，英国的J.P. Dakin 课题组首先利用后向拉 曼散射光的温敏效应提出了分布式测温的理论模型⑵，并以此理论 为基础研制出光纤长度100m 、测温范围77K-800K 的DTS 系统叫 同时，英国南安普顿大学改变泵浦光源，利用物美价廉的半导体激 光器实现了 1000m 光纤的测温传感器实用系统⑷。
此后，很多公司 都相继推出了 DTS 系统，并且不断改善温度测量范围、空间分辨率、 温度分辨率以及测量时间。
与此同时，科研人员也在为系统性能的 提高及系统对各种不同应用场合的适用性进行更深入的研究W 中国对于DTS 的研究始于上世纪90年代初，一经开始，科学 研究和实用性的发展都非常迅速。
第33卷第6期 2016年11月广东工业大学学报Journal of Guangdong University of TechnologyVol. 33 No. 6November 2016doi ： 10. 3969/j. issn. 1007-7162.2016. 06. 007线型光纤感温火灾探测监控系统的研究与设计白伟丽，陈健(广东工业大学机电工程学院，广东广州,510006)摘要：设计了一款基于分布式光纤的上位机监控软件，能够观察到光缆的敷设平面图温度情况，并根据温度实现实 时报警.介绍了分布式光纤传感系统的基本原理、结构及硬件系统信号采集模块的优化设计,重点研究了上位机监 控软件结构和功能，并用Q t编写上位机软件.系统能够准确地监控和显示待测光纤的空间温度分布状况,且界面 友好，实时性强.关键词：分布式光纤；后向拉曼散射；Q t;火灾探测；M yS Q L数据库中图分类号：TP311.1 文献标志码：A 文章编号：1007-7162(2016)06-0044-05Investigation and Design of a LinearOptical Fiber Sensing and Monitoring SystemBai W ei-li, Chen Jian(School of Mechanical and Electrical Engineering, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China) Abstract：A monitoring software of the host com puter based on distributed optical fiber fire detection isd esigned, which can observe real-tim e tem perature laying optical ca b le, and realize real-tim e alarm ingaccording to the tem perature. The basic principles of distributed fiber optic sensing system, structure and optimization design of signal acquisition module of the distributed optical fiber sensing system are introd u ced, focusing on the PC monitoring software structure and function, and writing PC software with Qt.This system can monitor and accurately display the spatial tem perature distribution of the fiber optic fiber, and has the characteristics of friendly interface, strong real-tim e and so on.Key words：distributed fib e r；R am an-scattering；Q t; fire d etection；MySQL databases随着社会的不断发展，很多大型建筑以及地下 建筑像大型超市、地铁隧道、地下停车场等的数量快 速增长.地下建筑火势蔓延快、产生的烟雾毒性大，人员的疏散和火灾的控制难度都很大[1]，万一发生 火灾往往会带来巨大的财产损失与人员伤亡，所以 火灾的早期发现和前期预警对消防救灾来说尤为重 要[2].分布式光纤感温技术是近几十年来发展起来的 一种实时、在线、多点的温度传感技术.此技术在1981年由英国南安普顿大学提出，目前国外已研制 出了该领域的产品[3].国内在这一领域的研究起步 较晚，而在实验室和理论研究基于拉曼散射的DTS 技术已趋于成熟，各项主要技术指标已达到国际先进水平，目前能够实现温度测量的范围为30 km[4].分布式光纤传感系统具有传感信号和传输信号的能 力，能够探测几千米至几十千米内光纤位置被测表 面的物理参数[5].然而分布式光纤温度传感器所探 测到的含有温度信息的R am an后向散射光非常微 弱，甚至完全淹没在噪声中W，且要求较高的采集速 度.本文提出了基于高速ADC、大规模FPGA和高性 能D SP的高速数据采集系统方案，同时通过LM382 放大器芯片对输入信号进行放大，设计了一款基于 Q t编程的分布式光纤感温火灾探测监控系统，通过 RS232/RS485进行上位机与下位机的通信，温测主 机实时传递温度数据并在上位机上显示出来，可实 现火灾的实时监测、火灾预警和报警等，大大提高了收稿日期：2015-11-05基金项目：广东省科技计划项目（2014A010103027)作者简介：白伟丽（1990-),女，硕士研究生，主要研究方向为机电控制技术.通信作者：陈健（1964-)，男，教授，博士，主要研究方向为机电液控制技术.E-m a il:chenjian7681@第6期白伟丽，等：线型光纤感温火灾探测监控系统的研究与设计45火灾监测效率和系统操作的安全性.1系统原理和结构1.1基本技术原理系统所依据原理为光纤的光时域反射原理(OTDR)和后向拉曼（Ram an)散射温度效应[7].1.1.1OTDR定位技术将一束窄的激光脉冲经过双向耦合器发射至铺 设的感温光纤上，光纤中产生的背向散射光也由此 双向耦合器耦合到光电探测器内[8]，如图1所示.散 射光从激光器发出到返回激光器的时间:T与光脉冲 通过探测光纤的长度1满足等式式中，c是光速，为3 x lO8m/s，a是光折射率.时间 间隔：T对应于光纤距离L因此伴随[的变化，探测 器能测量沿光纤分布的待测空间分布.图1光时域反射结构原理图Fig. 1 Principle of optical time domain reflection图2散射光强-波长分布图Fig. 2 Scattered light intensity wavelength distribution图3分布式光纤感温火灾探测系统硬件框图Fig. 3 Block diagram of distributed optical fiber sensing systemstructure diagram1.1.2拉曼散射原理当温测主机往探测光纤中发送一定能量与宽度 的脉冲时，激光照射到光粒子上，光脉冲与光纤分子 发生作用，产生散射，散射光有很多种，如图2所示.其中，光纤分子的热振动引起了拉曼散射，光纤分子 的振动又产生了斯托克斯光（Stokes)和一反斯托克 斯光（Anti-Stokes)t9].通过测量反斯托克斯光强与 斯托克斯光强的比值大小便可测得它的温度高低，即只⑴=^^=(尹f卿(_替)• (2)由式(2)可知，比值r)只和温度相关，于是 能够通过测反斯托克斯光强和斯托克斯光强的比 值，获得沿线探测光纤的温度值，再由光时域反射技 术（OTDR)获得空间温度场的分布状态[1°]，进而实 现分布式感温火灾的探测与预警.1.2系统组成结构探测系统基本结构如图3所示，系统主要由驱 动电路、激光发射器、波分复用器、感温光纤、放大电 路、信号采集与处理及计算机系统等组成.电源驱动激光器发送激光脉冲，而后通过波分 复用器(W D M)耦合到多模数据光纤，同时驱动数 据采集卡实现同步信号采集[11].感温光纤铺设于待 测场所中，进行温度的采集，激发脉冲与光纤内部形 成一些分布不均的颗粒之间发生相互反座，产生散 射现象，散射光沿着光纤反方向传播[12]，再一次进 入波分复用器后分成两路进到光学滤波器里，把反 斯托克斯光和斯托克斯光分别提取出来，并抑制其 他的散射光，再经过耦合器件进入到雪崩光电二极 管APD，把光信号变换成电信号，经后续放大后，把 采集的温度数据通过D SP进行数字信号处理再送 往计算机显示[13]，在时间上，根据光纤中光波的传 输速率与背向光回波的时间差，结合OTDR技术对 所测温度点准确定位，再通过配套软件显示各点温 度值及变化趋势.2上位机监控软件设计本系统上位机部分是在P C机Windows操作系 统下基于Q t的安全监控软件，内嵌MySQL数据库.2.1软件需求分析为了实时显示待测光纤的分布状况并根据温度46广东工业大学学报第33卷情况实现火灾预警和报警，监控软件具有以下功能.(1) 信息化功能:报警分机用RS232/RS485端 口与上位机通信，互相传递实时温度值和控制信息 等.报警分机提供以太网接口,与远程计算机进行通 信.(2)精确检测功能:在界面上能够清晰地显示铺设光纤的具体地理位置与代号，进行实时在线的 温度监控和火灾预警，并可获得精确的位置信息.(3) 电子地图导向功能：电子地图包栝了感温 光纤的实际铺设方向，它能够显示整体结构也能够 分区显示光纤的长度和温度;提供了各个分区间的 环境温度实时数据;在计算机上实时显示报警信息、 检测分区的分布概况、所测温度数据信息、火灾蔓延 的方向等.(4)报警设置功能:系统软件有自动报警功能，可设置一级预警、二级预警、火灾报警、光纤故障、系 统故障、升温报警等任意报警级别.(5)历史记录功能:①温度记录—可以显示在数据库中保存的温度值，如温度的最大值、温度分 布曲线等.②报警记录—能对已发生过的温度报警进行查询.用户只要给出查询条件，如时间、报 警类别、连接号、电缆段等，系统软件便自动生成报 表信息.2.2软件设计思想系统采用RS232/RS485作为上位机与下位机的 通信，温测主机测量探测光纤沿线的温度并把温度数 据存入数据库中，而后在P C 机屏幕上显示出来.监控软件基于Q t 编程，Q t 是1991年由奇趣科 技开发的|个跨平台的C ++图形用户界面应用程 序框架[14].只需一次性开发应用程序，无需重新编 写源代码，便能够跨不同桌面和嵌入式操作系统部 署这些应用程序[15].2.3软件整体结构设计为了达成预定的监控目标，将监控软件分为下 列几个功能模块.2.3.1用户登录模块如图4所示，用户要启动软件，先要登录，输入 用户名和密码，不同的用户级别对软件的操作权限 也不一样.2.3.2温度曲线模块在此显示区域，用户可以查看到整条敷设光纤的温度在某一时间点随距离分布的曲线.图5为温 度随距离分布的曲线图，在约5 m 处温度值达到80°C ，温度出现异常，可能出现火灾，应及时进行处理.图4用户登录界面Fig. 4 User login interface100 r90 -80 - 70 - 60 -^ 50 - 40 -30 -20 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------10 -_______|______|||_______|_________|_______|_______|_______|_______|2 4 6 810 12 14 16 18 20d/m图5温度随距离变化曲线图Fig. 5 Temperature variation curve diagram2.3.3电子地图模块电子地图包含分布光纤的实际铺设方向，它可 以显示整体结构也可以分区显示光纤的长度与温 度，提供了各个分区之间的实时温度数据，并在计算 机上实时显示警告信息、检测分区的分布概况、所测 温度数据信息、火灾蔓延的方向等.电子地图的设计 包括组、段和曲线，这些统称为报警对象，如图6所 示.图6电子地图设计界面Fig. 6 Electronic map designinterface第6期白伟丽，等：线型光纤感温火灾探测监控系统的研究与设计472. 3.4 MySQL 数据库连接模块采集的数据通过MySQL 数据库存储，MySQL 是 一个轻量级、小型关系型数据库[16]. MySQL 数据库 的连接方式主要有两种方式，一种是通过ODBC 方 式建立连接，需要配置ODBC ，另一种方式是通过调 用MySQL 的A P I 函数建立连接，本文选择用第二种 方式.通过调用MySQL 的A P I 函数方式建立数据库 连接.首先需要将MySQL 的数据库驱动库libmysql.d ll 放到当前目录下.1) 启用数据库驱动.QSqlDatabase db =QSqlDatabase ： ： addDatabase ( " QMYSQL" ,sName )；第二个参数为数据库连接名.db. setHostName ( ” localhost ” ) ；//或127.0.0. 1本主机db. setPort(3306)；db. setDatabaseName( ” example1' );//对数据库example 进行操作db. setUserName( " root" ) ； //ro o t 是一■个对example 数据库有操作权限的账户db. setPassword( " 1234")；2) 打开数据库.调用db. open ()打开数据库连接.返回tru e 表 示连接成功，返回false 表示连接失败.3) 数据库相关A P I 函数.(1)seek (in tn ) :query 指向结果集的第^条记 录；（2) first( ) : q u ery 指向结果集的第一条记录;(3) last() :query 指向结果集的最后一条记录；（4) next() :q u e ry 指向下一条记录，每执行一次该函数，便指向相邻的下一条记录；（5 ) previous () : que-r y 指向上一条记录；（6 ) record ():获得现在指向的记录；（7) value (int n ):获得属性的值；（8) transac-tio n ():开始一个事务操作；（9) commit ():提交事务的所有操作；（1〇) rollback ):表示回滚，在事务 运行的过程中如果发生故障，事务不能继续进行，系 统将对数据库的所有已完成的操作全部撤销，回滚 到事务开始时的状态.3硬件系统优化设计根据分布式光纤的各项参数指标（测量精度、空间分辨率、测量时间、距离等）的相互关系，结合 火灾探测领域的特殊要求，系统需要有强大的、实时 的数据采集和处理能力.高速数据采集系统选用高速AD9814、大规模FPGA 和高性能DSP ，满足数据处理的各项功能，采集模块实物图如图7所示.数字信号处理单元采用TMS320VC5416,该处理器提供了一个高程度的并行运算逻辑单元，应用程序特定的硬件逻辑，片上存储 器和额外的片上外设.该数字信号处理器的运行灵 活性和速度基于一个高度专业化的指令集.图7高速数据采集板实物图 Fig. 7 High speed data acquisitionboard physical map4结语本文通过高速数据采集模块的设计，充分利用D S P 适合于进行数字运算的特点和FPG A 高集成 度，实现了对分布式光纤感温探测系统高速信号的 实时采样.通过软件界面显示监控信息，显示直观明了，监控方式灵活，不仅可以整体监视光纤上的温度，还可分段监视光纤的详细分布状况.该系统监测范围广，测量距离长，温度检测范围为-30〜120°C ，测量距离长达几千米甚至上万米;温度测量精度高，可达±1 °C ，且定位精度高，可达1 m ，可随时显 示任何一点的温度状态.软件在Windows 操作系统 中工作，适合现代操作系统的发展趋势.参考文献：[1]刘苏敏，刘辉，姚斌，等.光纤光栅感温火灾探测系统在 地铁区间隧道中的应用[J ].城市轨道交通研究,2012(9) ：49-52.LIU S M ,L IU H ,Y A 0 B ,e t al. Application of optical fiber grating temperature detection system in metro tunnel [ J ].Urban Mass T ra n sit,2012(9) ： 49-52.[2 ]毛保华.城市轨道交通[M ].北京:科学出版社，2001.[3] 杨如祥，飞赵，展鲁• Method for measuring temperatureof distributed optical fiber temperature transducer system ： 101256098 A [P ]. 2008-09-03.[4]江梦梦.分布式光纤感温火灾探测系统在公路隧道中应48广东工业大学学报第33卷用的若干影响因素研究[D].合肥：中国科学技术大学 工程科学学院，2014.[5]孙文海,李斌兵.分布式光纤感温火灾探测报警系统应用研究[J].消防技术与产品息,2014(5):14-17.SUN W H,L I B B. Application research of distributed optical fib e r sensing system for fire detection and alarm system [J].Fire Technique and Products Inform ation, 2014 ( 5 )：14-17.[6]方曼.分布式拉曼光纤温度传感器系统及温度分辨率提高的研究[D].成都：电子科技大学光电信息学院，2004.[7]刘媛，孙志慧，王昌.基于拉曼散射的分布式光纤传感系统研究及应用[C]//中国光学学会2010年光学大会 论文集.天津:中国光学学会,2010.[8]严洪，姜明武，徐海峰.基于R am an散射型光纤感温火灾探测器的优化设计[J].广东公安科技,2010，18 ( 3 ): 51-54.YA N H,J IA N G M W,X U H F. Optimum design of the fiber sensing temperature fire detector based on Raman scattering [J].Guangdong Gongan K e j i,2010,18(3)：51-54.[9]陈健沛，李伟良，蔡志岗.分布式拉曼光纤测温系统研究进展[J].广东工业大学学报,2015,32(3).102-109.CHEN J P,L I W L, C AI Z C. Review of distributed optical fiber. Rman temperatare measuring system [ J ].Journal of Guangdony Vniversiy of Technoloyy, 2015,32( 3 ) ：102109.[i〇]薛志国.分布式测温光纤在高速高路的应用[j].山西 电子技术,2015(2):16-17.XUE Z G. Application of distributed temperature measure-(上接第37页）[18] SINGH G, T IW A R I V S, GUPTA P K. Role of oxygen vacancies on relaxation and conduction behavior of K N b03c e ra m ic[J]. J Appl Phys, 2010, 107(06) ：064103.[19] W ANG J, TANG X G, CHAN H L W, et al. Dielectricrelaxation and electrical properties of 0. 94P b( Fe1/2N b1/2 )03-0. 06P b T i03single crystals[ J].A ppl Phys L e tt, 2005,86(15)：152907.[20JS T E IN S V IK S, BUGGE R, GJONNES J, et al. The defect structure of SrFe^Tij _x03 (^=0-0.8)investigated by electrical conductivity measurements and electron energy loss spectroscopy (E E L S)[J].J Phys Chem Solids,1997, 58(6): 969-976.[21 ] L IN G C, L IU H, ZH AN G J X. Oxygen vacancy relaxationin Ca3Co409 + s ceramics [ J ].Solid State Phenomena,ment optical fiber in highway[ J]. Shanxi Electronic Technology,2015 (2)：16-17.[11] 桑雷，张杰，王信群.分布式光线感温火灾探测系统在地铁隧道的应用[J].工业安全与环保，2013,39(8):52-55.SANG L,Z H A N G J,W A N G X Q. Application of distributed optical fib e r temperature sensing fire detection systemin one subway tunnel [ J ].Industrial Safety and Environmental Protection,2013 ,39(8)：52-55.[12]李志鹏.分布式光纤测温系统的研究与进展[J].电气技术,2015,34(1):57-63.L I Z P. Research and development of distributed optical f iber temperature measurement system [ J ].Electrical Engineering,2015 ,34( 1) ：57-63.[13 ]夏彦文,叶金祥，刘华，等.激光脉冲在阶跃型多模光纤中的传输[J].强激光与粒子数,1996,11 (3) :284_288.X IA Y W,Y E J X,L IU H,e t al. Study on the propagationcharacteristic of ultravioletpicosecond laser pulse in step-index multimode fib e r[ J]. Strong Laser and Particle Number. 1996,11 (3 ) ：284-288.[14]李艳明.基于Q t跨平台的人机交互界面的研究和应用[D].重庆:重庆大学软件学院，2〇07.[15 ]霍亚飞.Qt Creator快速人门[M].北京:北京航空航天大学出版社,2014.[16]曾云，胡频.嵌人式数据库在Q T中的应用研究与实现[J].国外电子测量技术,2010,29(9):73-76.ZENG Y,H U P, Study and application of embedded database in QT software [ J ].Foreign Electronic MeasurementTechnology,2010,29 (9)：73-76.2012, 184(3)：98-103.[22]L IU L J, HUANG Y M, SU C X, et al. Space-charge relaxation and electrical conduction in K0 5Na05N b03at high temperatures[ J]. Appl Phys A, 2011, 104 ( 4)：10471051.[23] ZH AN G T F, TANG X G, L IU Q X, et al. Oxygen-vacancy-related relaxation and conduction behavior in(P t^^ (Z r0 95T i0 05 )O3ceramics[ J].A IP Advances, 2014,4 (10)：107141.[24]L IU L J, HUANG Y M, L I Y H, et al. Oxygen-vacancy-related high-temperature dielectric relaxation and electrical conduction in0. 95 K0 5 Na05 NbOs-0. 05B aZr03 ceramic[J].Physica B, 2012, 407(1)：136-139.。
TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统使用说明书西安盛赛尔电子有限公司2007-5-8§1概述TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统是由西安盛赛尔电子有限公司研制的，它是以光纤作为信号的传输与传感媒体，利用布喇格光栅的温度敏感性和光的反射原理，能够实时探测沿光纤光栅感温点的温度变化情况，超限时能声光报警。
该产品检测灵敏度高；可进行分布测量，测量点可在5km范围内任意设置；现场无电检测，本质安全防爆、抗电磁干扰、防雷击。
特别适合石油、天燃气管道、化工、冶金、电力、消防、能源、仓储、军工、核工业等场所使用。
§2TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统主要特点1.采用光栅进行信号检测、光纤进行信号传输，实现无电检测，本质安全防爆。
2.使用先进的光纤光栅作为测量单元，技术先进，测量精度高。
3.采用分布式测量方式，测量点多，方式灵活。
4.使用成熟的光电元件，成本低，可靠性好。
5.系统结构紧凑，安装简单，维护方便。
§3TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统主要性能指标1）类型：差定温、可复位功能型2）电源供电方式：DC24V由直流电源提供3）报警温度出厂设定：报警70℃（用户可修改）4）测温范围：0℃～95℃5）测量温度误差：±5℃6）响应时间：≤30s7）远传距离：≤10km8）环境温度：-40～40℃9）相对湿度：≤90%10）最小弯曲半径：300mm§4TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统基本组成TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统主要由光纤光栅感温火灾探测器和光纤光栅感温火灾探测信号处理器组成。
光纤光栅感温火灾探测器由感温传感器探头、连接光缆、光缆连接器、传输光缆等部分组成。
图1为TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统的结构示意图。
12121121121211211212112112121121使用现场3控制室内火灾信号报警控制器处理器45 76图1TGW-919A光纤光栅感温火灾探测系统结构示意图1感温传感器探头2连接光缆3光缆连接器4传输光缆5信号处理器6电缆2×1.57报警控制器或系统计算机光纤光栅感温火灾探测信号处理器由调制解调器、信号转换处理电路和报警显示电路等部分组成。
光纤感温火灾探测系统方案概要一、背景和意义：电厂是一个火灾隐患较高的场所，传统的火灾探测系统在电厂内部不易布设，且存在误报率较高的问题。
而光纤感温火灾探测系统采用光纤作为传感器，具有灵敏度高、误报率低、适应性强等优点，能够实时监测电厂内部的温度变化，及时发现火灾隐患，提高火灾的预警能力和安全性。
二、系统组成：1.光纤传感器：将光纤布设在电厂的关键区域，例如变压器室、燃烧器室等，实时监测温度的变化。
2.光纤信号采集模块：负责接收光纤传感器传来的光信号，并将其转化为电信号。
3.数据处理与分析模块：对采集到的温度信号进行处理和分析，判断是否存在火灾隐患，并进行报警。
4.报警装置：包括声光报警器、短信报警装置等，用于及时警示人员火灾危险。
三、系统工作流程：1.光纤传感器监测温度：光纤传感器根据预设的监测区域和参数，实时监测电厂内部的温度变化。
2.光纤信号采集：传感器将温度变化转化为光信号，光纤信号采集模块接收光信号，并将其转化为电信号。
3.数据处理与分析：数据处理与分析模块对采集到的电信号进行处理和分析，判断是否存在火灾隐患，如果温度超过预设阈值，则判定为火灾隐患。
4.报警装置触发：当系统判定存在火灾隐患时，报警装置会及时触发，通过声光报警和发送短信等方式通知相关人员。
四、系统优势：1.高度准确：光纤传感器能够实时监测电厂内部的温度变化，并能够精确判断是否存在火灾隐患，减少误报率。
2.实时性强：光纤感温火灾探测系统采用实时监测技术，能够及时发现火灾隐患，提高火灾的预警能力和安全性。
3.适应性强：光纤传感器布设灵活，可以根据电厂的具体情况和需求，选取合适的布设位置和数量，具有较高的适应性。
4.系统可靠性高：光纤感温火灾探测系统采用光纤作为传感器，具有较高的抗干扰能力和可靠性，适合电厂等火灾隐患较高的场所使用。
五、总结：光纤感温火灾探测系统在电厂中的应用，能够实时监测电厂内部温度变化，及时发现火灾隐患，提高火灾的预警能力和安全性。
光纤光栅电力行业火灾监测技术方案一.电力行业火灾监测概述1.l概述电力系统中的关键电气设施的安全运行是电力系统的有效保障，也是整个国民经济正常运转的基本保证。
电气设施产生故障的大部分原因是设备局部过热引起的，主要是由于电气设备的裸露接头压接不良，在大负荷电流作用下，接头温度升高，轻则发生停电故障，重则引发火灾，造成重大经济损失。
为了有效防范供电系统因温升引发的停电/火灾事故，近几年市场上出现了多种不同类型的测温产品，如红外线测温仪、电子类测温仪和光学类测温仪。
红外线测温仪因信号不能远传，不能构成实时在线监测；电子类测温仪因信号传输距离不远，绝缘性能差，而且信号易受干扰等原因正逐步退出市场；而光学类测温仪则因其绝缘性能好，可多个探头串接,可远距离传输信号,不受干扰等优势正逐步取代传统的电子类产品。
本文介绍的光纤光栅电力温度安全在线监测系统就是将光探测技术应用于电力系统。
1.2火灾监测系统应用范围【高压变压器的测量】通过对变压器温度的检测，可以在线实时反映变压器的运行情况，通过系统的预警、报警功能，及时的显示变压器的异常状况，对变压器可能存在的问题提供参考数据。
【高压变电站的监测】通过对变电站、开关柜、母线接头等的温度监测，可以实时反映各个测试点的运行情况，对异常情况及时报警，并通过通讯端口传输到中心控制站，达到变电站无人值守运行。
【电力环网柜的测量】在保证正常输电的同时，对各环网柜进行定期巡检，及时发现事故隐患及时处理。
记录环网柜各个时期的运行数据，并对其分析，可以有效地了解整个电网的营运状态。
【电力传输线的测量】电力传输线的损坏会极大地影响各方面的正常生活和正常生产，对其长期实时的监控，能在事故发生之前提出警告，尤其是地埋电缆隐患不易发现，对它的监控更具重要意义。
二.EsafelOOO光纤光栅电力温度安全在线监测系统介绍北京品傲光电科技有限公司研发的EsafelOOO光纤光栅电力温度安全在线监测系统使用光纤作为感温元件和信号传输介质，为提高光纤对温度的敏感程度及准确定位能力采用国际最先进的光纤局部加工技术，在普通单模光纤上制作一系列的温度敏感区——光纤光栅,这些敏感区可以精确、灵敏地探测到周围温度的细微变化，而光纤的其他部分只是用于信号传输，对机械应力和环境干扰不敏感，从而保证整个光纤光栅感温探测系统的高灵敏性和低误报率。
光纤感温火灾探测系统设计方案光纤感温火灾探测系统是一种基于光纤传感技术的火灾探测系统，通过检测火灾区域温度的变化，及时报警并采取措施，以防止火灾事故的发生。
在电厂这种特殊环境下，火灾的危害性更加严重，因此光纤感温火灾探测系统的设计方案需要特别考虑电厂的特点和要求。
首先，对于电厂这种大型工业厂房，光纤感温火灾探测系统的布设需要全面而有效地覆盖整个区域。
可以采用多通道分布式光纤感温系统，通过布置多个探测器，使得可以对大范围进行监测。
同时，还可以在关键区域设置额外的热像仪监测，以提高火灾探测的准确性和可靠性。
其次，电厂作为一个高温工作环境，对于光纤感温火灾探测系统的温度范围和工作条件也有一定的要求。
因此，选择适用于高温环境的耐高温光纤和传感器非常重要。
这样可以确保在高温环境下能够正常工作，并且能够准确检测到火灾的温度变化。
此外，电厂中还需要考虑到光纤感温火灾探测系统的稳定性和可靠性。
可以采用冗余布线和备份系统的设计，以防止单点故障的发生。
同时，还可以通过定期的维护和检测，确保系统的正常运行，并及时处理故障。
在报警方面，考虑到电厂可能存在噪音和复杂的工作环境，光纤感温火灾探测系统的报警方式需要能够清晰明确地传达火灾信息。
可以采用声光报警器、短信推送等多种方式，以确保火灾报警能够及时准确地传达给相关人员，以便及时采取应对措施。
最后，为了提高系统的管理效率，可以结合智能化技术，将光纤感温火灾探测系统与其他安全系统进行集成管理。
可以通过中央控制室对系统进行远程监控和管理，实现对系统的实时监测、故障诊断和报警处理，提高整个电厂的安全性能。
综上所述，针对电厂这种特殊的工业环境，光纤感温火灾探测系统的设计方案需要充分考虑火灾探测的范围、温度要求、稳定性和可靠性等因素。
通过合理的布设、高温耐受能力的传感器选择、冗余设计和智能化集成，可以有效提升电厂的火灾探测和防范能力，降低火灾事故的发生率。
火灾报警中分布式光纤温度传感系统设计点击：196 次摘要：随着光纤技术的发展,光纤传感技术已经广泛地应用在工业、农业、化工等领域中.探讨了基于Rayleigh散射基础上的分布式光纤传感技术在火灾报警系统中的应用,并给出了设计方案.关键词：分布式光纤传感器;Rayleigh散射;衰减;火灾报警1引言分布式光纤感温技术是一种实时的、在线的、多点的温度传感技术，是近年来发展起来的一种可用于实时测量温度场的新技术。
在分布式光纤温度传感系统中，光纤既是传感器又是信号传输的通道，系统利用光纤所处空间温度场对光纤中的后向散射光信号进行调制，再经过信号的解调、采集和处理之后将温度信息实时地显示出来。
在时间上，利用光纤中光波的传输速度和后向光回波的时间差，结合OTDR技术对所测得的温度点进行准确定位。
分布式光纤传感系统由于其抗干扰力强、耐腐蚀、耐高温等特性，在很多高温、高热等恶劣环境下具有特殊的优势，近年来已经广泛地应用于煤矿、隧道的火灾自动报警系统，也可用于油库、危险品库、军火库的火灾报警系统。
2 系统主要原理及可行性设计分布式光纤传感技术是将光纤沿温度场铺设，利用光纤几何上的一维特性进行测量，它把被测量作为光纤位置长度的函数，可以在整个光纤长度上对沿光纤几何路径分布的外部物理参量进行连续的测量，为工业和研究领域提供了同时获取被测物理参量的空间分布状态和随时间变化的信息的手段。
火灾报警系统主要是要求对温度的响应要快，定位要准，误报漏报少，设备简单。
同时根据起火时刻的特征，在起火点附近的环境温度会发生跃变，而不同于一般情况下空气温度的缓慢变化。
设计方案：沿被测物理量(温度)的分布场铺设光缆，并在光纤上安装多个形状记忆合金探头。
激光光源从光纤入射，光在传输过程中产生后向散射光返回光入射处。
在火灾发生的初期，环境温度的升高使记忆合金探头发生收缩，从而导致光纤形变，引起光纤的微弯损耗，在光注入处用光探测器件(APD)可将后向Rayleigh散射光采集到中心控制室进行数据的分析和处理。
光纤感温火灾探测系统方案(电厂)(总17页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--电厂火灾监测系统技术建议书线型光纤感温火灾探测系统深圳市迅捷光通科技有限公司2011年7月目录一、引言........................................... 错误!未定义书签。
二、光纤测温工作原理............................... 错误!未定义书签。
三、线型光纤感温火灾探测系统方案................... 错误!未定义书签。
1.系统概述......................................... 错误!未定义书签。
2.系统组成......................................... 错误!未定义书签。
感温光缆........................................... 错误!未定义书签。
测温主机........................................... 错误!未定义书签。
上位机监控软件..................................... 错误!未定义书签。
火灾报警和报警控制器............................... 错误!未定义书签。
远程通信模块....................................... 错误!未定义书签。
3.系统特点......................................... 错误!未定义书签。
四、系统方案设计................................... 错误!未定义书签。
五、施工方案....................................... 错误!未定义书签。
电厂火灾监测系统技术建议书线型光纤感温火灾探测系统市迅捷光通科技2011年7月目录一、引言 (3)二、光纤测温工作原理 (4)三、线型光纤感温火灾探测系统方案 (5)1.系统概述 (5)2.系统组成 (6)2.1感温光缆 (6)2.2测温主机 (7)2.3上位机监控软件 (10)2.4火灾报警和报警控制器 (10)2.5远程通信模块 (11)3.系统特点 (11)四、系统方案设计 (12)五、施工方案 (14)1.感温光缆的安装 (14)2.测温主机的安装 (15)3.上位机的安装 (15)六、售后服务及技术支持 (15)1.支持服务 (16)2.现场支持服务 (16)3.设备维修及投诉 (17)3.1设备维修服务 (17)3.2设备更换服务 (17)3.3 区域经理服务 (17)3.4投诉受理服务 (18)七、技术规和资质认证证书 (18)一、引言随着社会经济的不断发展，电力供应对社会各行业的价值日益重要，是社会发展的关键命脉之一，电力供应及其可靠运行已经成为各国的重要国家战略。
电力系统包括发电、输电和变电三大重要环节，发电厂是整个电力系统的源头，保障发电厂的安全运行直接关系到电力供应的稳定。
煤矿、发电厂及其它大型厂矿部大量的动力电缆和控制电缆分布在电缆沟、电缆桥架、电缆夹层，输煤皮带的温度监控。
各种电缆尤其是高压动力电缆，其负载过大、电缆接头老化等原因会导致温度升高，温度过高容易引起火灾，导致发电厂的发电业务中断。
集中敷设的电缆起火影响围将更广、修复时间更长、造成的损失更大。
各单位迫切需要一种在线测温技术，实时自动采集电缆表面温度，在温度过高之前及时、准确的监测温度变化并发出预警，使管理者有充分的时间采取相应的措施，避免火灾发生。
为此，迅捷光通科技适时地开发出线型光纤感温火灾探测系统，实时对电缆进行温度监测，并进行预警和报警。
该系统采用了全光纤传感无源测温方式，消除了监测系统自身的安全隐患，极大提高了监测系统对电力温度监测的可用性。
该光纤测温系统被很多煤矿、电厂、大型厂矿和供电公司使用，大大降低了火灾事故的发生，真正地做到防患于未然，符合电力行业“安全第一，预防为主”的安全思想。
二、光纤测温工作原理线型光纤感温火灾探测系统基于分布式光纤传感技术，利用光纤中散射光（拉曼）信号强度对温度的敏感特性，实现对温度变化的精确测量。
图1 光纤散射光谱图分布式光纤温度传感是将整条传输光纤作为传感器，光纤（光缆）上的每一点都兼具“传”和“感”的功能。
在分布式光纤温度传感系统中，一束较强的脉冲激光信号在光纤（光缆）中传输时，光纤中的每一点都会对激光信号产生极其微弱的背向散射，根据散射光信的波长可将其分为瑞利（Rayleigh）散射、拉曼（Raman）散射和布里渊（Brillouin）散射，如图1所示。
其中拉曼散射信号的强度与该点所处位置的温度相关性最大，通过检测每一点散射光信号的光强，获得该点的温度信息，进而得到整条光纤（光缆）上的温度分布。
在拉曼散射光中，波长较短的称为反斯托克斯光，波长较长的成为斯托克斯光，它们在频谱图上的分布大致是对称的。
反斯托克斯光的温度敏感性要比斯托克斯光强得多，通常将反斯托克斯光用作信号光，作为温度计算的主要依据，斯托克斯光作为参考光信号，用来消除应力、应变引起的光纤损耗等因素的影响。
只要得到反斯托克斯光与斯托克斯光的光强比值，即可得到对应的温度值。
同时通过检测脉冲信号返回光电探测器的时间，即可获得温度测点在光缆中的位置信息。
整个分布式光纤传感系统如图2所示。
激光器发出激光脉冲，经耦合器到达连续光纤的各位置，在各位置会形成散射，通过光谱分离技术获得光纤各点的斯托克斯光和反斯托克斯光散射光谱。
散射光谱经过光电转换单元转换成电信号并放大，再由采集单元进行降噪处理。
散射光对应的电信号经过CPU处理单元进行计算，获得光纤各处的温度值和位置信息，并输出到监控主机显示和报警。
图2 分布式光纤传感系统示意图三、线型光纤感温火灾探测系统方案1.系统概述迅捷光通科技基于分布式光纤传感技术研制开发的新型火灾探测系统，通过实时检测感温光缆中背向散射光信号强度随温度的变化情况，实现对电缆温度的连续在线监测和火灾报警。
该系统主要由感温光缆、测温主机、工控机、上位机监控软件、火灾报警控制器、远程通信模块等组成，如图3所示。
沿电力电缆部署感温光缆，光缆覆盖距离2KM、4KM、8km，测温主机为2通道、4通道、8通道。
测温主机的输出信号送到上位机进行集中显示和报警输出，并可以送到火灾报警控制器进行告警和消防联动。
如果要在远端集中监控所有测温主机，每个测温主机侧要增加远程通信模块，方便远程进行集中监控。
图3 发电厂电缆火灾监控组网示意图2.系统组成系统各部分详细说明如下：2.1感温光缆感温光缆芯采用62.5/125µm多模光纤，心外包有Kevlar套管，套管外采用铠装保护（不锈钢软管和不锈钢编制丝），外套采用阻燃的低卤PVC材料，如图4所示。
整个感温光缆结构保证了感温光缆具有较快的温度响应速度、较强的抗拉、抗压能力和耐高温、阻燃能力。
感温光缆通常安装在电力电缆表面，沿电缆铺设。
采用扎带固定在电缆上，如需增大探测面积可沿电力电缆方向S型铺设。
图4 感温光缆结构示意图2.2测温主机迅捷光通科技本项目推荐使用的测温主机是FET系列，该主机由激光器、光开关、WDM 模块（耦合器和光谱分离单元）、光电转换单元、CPU处理单元几部分构成。
信号的处理过程为：激光器—> WDM模块—>光开关—>光电转换单元—>CPU处理单元。
最终CPU系统进行大量计算处理，得到当前光纤通道中每一点的温度值；如果测量温度值大于预设的报警温度，则通过RS485接口发送信号到报警控制器触发报警；主机同时还能响应来自控制中心监控软件的网络命令请求，将实测温度通过网络发送到监控中心。
由于激光器和光电探测单元会受温度影响而发生光学特性漂移，因此传统光纤传感系统大多采用恒温箱结构为光学系统提供恒温环境。
但是恒温箱结构容易出现故障，影响系统正常运行。
迅捷公司采用创新的自带恒温电路系统，大大提高了光学系统的可靠性和设备的使用寿命。
对于多通道光纤测温主机，需要通过光开关频繁切换，在多个检测通道进行轮询检测。
这就对光开关的切换寿命提出了较高要求，迅捷公司采用业界最先进的微机电（MEMS）光开关，其切换次数可达到109次，是传统机械式光开关切换次数的100倍，大大提高了设备的使用寿命。
在采集处理单元，采用了独创的插值采样技术，使得系统对测温点的位置定位可以精确到0.5米，大大超出了业界的定位精度（1-3米）。
FET序列测温主机安装在发电厂中控室的19英寸机架上，采用220V交流供电。
FET8608L测温主机的正视图如图5所示：图5 FET8608L测温主机正视图FET8608L主机前视图如下图所示：FET8608L光纤测温主机前面板1)开-关：电源开关2)触摸屏：提供基本人机交互功能，可进行包括自检、复位、消音和历史报警记录查询在的各项操作3)电源：绿色电源指示灯，电源开关打开后，指示灯常亮4)运行：绿色运行指示灯，测温主机正常运行时，指示灯闪烁5)报警：红色报警指示灯，与测温主机相连的任何一条感温光缆测得温度大于预设报警温度时，指示灯点亮6)故障：黄绿故障指示灯，测温主机探测到任何一条感温光缆出现断纤故障时，指示灯点亮FET8608L主机后视图如下图所示：FET8608L光纤测温主机后面板●AC220V：220V 50Hz交流电电源接口●DC24V：24V 直流电源接口●LAN：10M/100M自适应以太网口●RS485串口1：标准RS485接口，用于外部扩展●RS232串口2：标准RS232串口，用于系统维护与调试●RS232串口3“标准RS232串口，用于外部扩展●RELAY继电器1：第1~10路继电器输出口●1~8：8路光纤输出接口，用于连接感温光缆，光缆接头类型为E2000/APC 测温主机的其他技术参数如下所示：●主机环境参数工作温度：-10℃~40℃存放温度：-40℃~70℃相对湿度：不大于90%主机电源：220V 50Hz外观尺寸：宽480mm，高132mm，深380mm●技术参数传感器工作温度：-40℃~220℃测温围：-40℃~200℃温度分辨率：0.1℃测温精度：±1℃温度采样时间：不大于1s/Km报警温度误差：不大于2℃监测围：每通道8Km报警温度设定围：-20℃~120℃（多级可调）主机功率：不大于25W2.3上位机监控软件监控软件运行在工控计算机上（支持Windows 2000以上操作系统），工控机可以在测温主机现场，也可以放在远端中心控制室。
利用TCP/IP协议通过以太网与分布式光纤测温主机进行数据通信，获得测温主机采集到的光缆测量点的所有温度数据；操作人员也可以在软件界面上方便的对测量点进行分区管理，对每个监测分区的报警温度进行独立设置，软件界面如图6所示。
图6 监控软件主界面2.4火灾报警和报警控制器测温主机通过RS485接口与报警输出设备（FTA-6032A）相连，报警输出设备接收来自测温主机的报警指令，对指令进行解码后控制相应的继电器动作；继电器输出信号经协议转换模块转化为二总线接口，再连接到火灾报警控制器。
报警控制器可以发出声光报警，同时可对多个不同类型的设备如通风、喷淋等进行联动控制，实现自动消防灭火。
火灾报警控制器和测温主机一起安装在电厂设备机架上，采用220V交流供电。
2.5远程通信模块对于安装位置远离监控中心的测温主机，可以借助光纤通信网络将测温主机的温度数据、报警数据传输到控制中心。
在测温主机端，远程通信模块将测温主机输出的以太网电信号转换成光信号，再上传进入光纤通信网络；在监控中心端，通过远程通信模块将对应信道的光信号转换成电信号，送到监控计算机，实现温度监测数据、报警信息的远程集中监控。
3.系统特点和其它火灾监测系统相比，本系统具有如下特点：●感温器件防燃防爆光纤探测系统测温部分采用全光纤结构，真正实现了无源温度监测，自身不带电，不发热，不会因为传感系统的布设带来安全隐患。
●测温精度高，响应快测温主机FET8608L的温度分辨率为0.1℃，温度测量精度为±1℃。
该主机还采用高速数据总线和处理系统进行高速数据处理，对8Km感温光缆的温度检测时间4秒左右。
●实时在线监测本系统能够对电厂中所有测点的温度进行7x24小时不间断监测，并且可根据需要定时保存温度测量数据，为电厂的安全运行提供辅助数据。
●分布式检测，无监测盲区分布式光纤测温系统中感温光缆的每一点都是温度传感器，可以对感温光缆布设围的每一点进行实时监测，消除了监测盲区，从原理上避免了火情漏报的可能。
