拉曼型分布式光纤传感器DTS.

Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第19期·53·文章编号：2095－6835（2020）19－0053－02分布式光纤泄漏监测系统（DTS ）在热力管道敷设施工中的应用邱华伟，李广山，胡春峰，王梓涵，邱晓霞，邱秀娟（唐山兴邦管道工程设备有限公司，河北唐山064100）摘要：对分布式光纤泄漏监测系统的监测原理、敷设施工要点方法、设备物料配置等方面进行总结，对光纤敷设施工提出建议，为今后泄漏监测系统在热力管道中高质量施工的应用积累经验，以更好地监测热力管道的安全运行。

关键词：光纤敷设；布线施工；泄漏监测；热力管道中图分类号：TU995.3文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.19.019近些年城镇集中供热供冷预制保温管道在中国飞速发展，得到广泛的应用，管道泄漏检测显然是维护活动的重要组成部分，且一直是一项艰巨的任务。

大多数情况下，需要对管道进行现场检查，发现泄漏点。

在过去的几年里，使用光纤的分布式温度监测技术已经证明是检测和定位管道泄漏的有效方法，通过使用光时域反射测量（OTDR ）的技术进行定位。

光缆作为温度传感的媒介，如何合理地布放施工，针对各个特殊地形地段如何更好更有效地敷设，保证布放施工质量是光纤测温精度的基础，也是后期高效使用的重中之重，并且该项目已经获得国家重点研发计划资助——“科技助力经济2020”重点专项（编号：SQ2020YFF0422268）。

1分布式光纤泄漏监测系统原理DTS 光纤分布式管道监测系统采用光纤作为传感器，通过监测管道外部的温度变化，实现对管道泄漏点的发现。

DTS 光纤分布式管道监测系统主要应用的原理是拉曼效应。

拉曼散射光是由热影响的分子振动引起的，背散射光携带关于散射发生的局部温度的信息。

事实上，拉曼背散射光有2个频移分量：斯托克斯分量和反斯托克斯分量。

DTS-2000分布式光纤温度监测系统设计手册（在电缆测温和载流量监测中的应用）聚光科技（杭州）有限公司目录1DTS技术概述 (3)2DTS在电网中的应用 (3)2.1应用背景 (3)2.2DTS产品的适用性 (5)3DTS-2000产品介绍 (6)3.1DTS-2000技术原理 (6)3.2DTS-2000产品组成 (7)3.3.1机柜部分 (7)3.3.2感温光缆 (8)3.3.3软件平台 (9)3.3产品技术参数 (14)4工程施工方式 (15)1DTS技术概述DTS是Distributed temperature sensing（分布式温度传感）的简称。

相对于传统点式温度传感器而言，分布式温度传感可以实现单传感器对线型区域甚至面型区域的检测。

DTS技术是利用某些特殊的光波在光纤中传播时光波会携带沿途各点的温度信息这一技术原理，结合微弱光信号探测、超高速信号监测等技术手段实现的，具有了精度高、稳定性强、寿命长等特点，是温度传感领域的发展趋势之一。

自从DTS技术于1986年首次投入商业化运作以来，该项技术被广泛应用于众多需要确保安全可靠运作的领域，包括高压动力电缆的温度分布监测、加工厂热点探测与定位、低温气体储存罐漏气点的探测，和沿生产油井的温度分布监测等领域，可以说国民经济体系中所有跟温度相关的行业都可以看到DTS的应用。

尤其是在电网中，DTS正逐渐成为电缆载流量监测、电缆隧道火情监测等方面的常规手段。

2DTS在电网中的应用2.1应用背景电网中电力电缆的工作温度是非常重要的电力系统运行参数，这个参数直接关系到系统是否可以长期安全、可靠运行。

通常来讲，要保障电力电缆正常运行，需要控制电缆芯表面的温度不能超过电缆绝缘层的耐受温度。

如果电缆芯表面温度超过绝缘层耐受温度，轻则引起绝缘层的慢性老化，久而久之引起火灾甚至爆炸，重则在很短的时间内引起火灾，导致线路烧坏和大范围断电。

无论那种情况，最终的结果都是线路损毁和大面积停电导致的重大财产损失。

分布式光纤传感技术的分类一分布式光纤传感监测系统原理光的传播有一种叫做闪射现象。

闪射：当光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。

然后光的散射可以分成弹性散射跟非弹性散射。

弹性闪射主要有瑞利散射和米氏散射；非弹性散射包括布里渊散射，拉曼散射，康普顿散射等。

而分布式光纤传感监测系统，是采用不同的散射实现的，有基于拉曼光谱（Raman spectra），布里渊散射，瑞利散射等。

二分布式光纤传感监测系统分类分布式光纤有几种类型，经常看到的有DTS分布式光纤测温、DVS分布式光纤、DAS分布式光纤声波监测系统。

1. DVS防区型是通过划分防区进行监测的，而且当某个位置入侵后不能准确定位到具体位置，只能知道在某个防区，所以划分防区就很重要。

我们一般建议是50m-200m 一个防区，总防区一般为16个以内。

这样就能快速的定位到入侵位置（因为距离比较短）。

主要用在一些建筑的周届安防上，而且安装比较复杂，不能应用于长距离传输，价格不贵，当长距离定位型的DVS 价格降下来后，防区型的DVS慢慢没有优势了。

2. 分布式光纤振动传感系统（DVS）根据振动进行测量的，基于瑞利后向干涉；定位精度，跟监测距离长度是2个比较重要的指标；目前国内领先水平是40km左右,定位精度在5米这样，再高的距离到50KM,60KM，相比于防区型，DVS能够准确的定位出入侵位置，所以定位精度很重要。

目前该系统功能完善，可提供用户需要的功能。

可视化报警显示：提供形象的可视化显示界面，通过图形组态模块将光纤位置映射到图像上，一旦某点发生入侵事故，报警信息直接显示在图像上，形象直观。

振动曲线显示：系统可以实时显示整个光缆的振动信号分布曲线，当某处振动信号应变异常时，通过曲线可以显示该处实时信息分区/ 分级事件报警：提供多种灵活的报警方式，报警参数可以分级、分区域设置。

历史统计分析：提供历史振动数据统计分析功能，包括：a. 某时刻光缆不同位置的振动分布曲线b. 某时段光缆某点的振动变化曲线3. 分布式光纤声波监测系统（DAS）该系统检测声音，原理是基于振动测量；跟DVS的区别是DAS相位解调，能线性还原声音，DVS没有相位调解，无法还原声音；在能源，石油，燃气管道等等场景中开始使用。

dts 解调的原理
DTS（分布式温度传感系统）主要利用光在光纤中传输时产生的背向拉曼散射光对温度比较敏感的特性进行温度检测。

当脉冲激光器发出的光在光纤中传输时，光与光纤分子相互作用，产生拉曼散射光。

这是光子吸收或释放光学声子的过程。

光纤振动能级的粒子数分布对应了拉曼散射光的强度，而这个分布服从玻尔兹曼规律。

因此，拉曼散射光强度与光纤所处的温度环境有关。

特别是反斯托克斯拉曼散射光强度随温度的变化非常明显，而斯托克斯拉曼散射光强度的变化较小。

以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。

分布式光纤温度测量分布式光纤温度测量系统(DTS)是通过光纤作为传感器来测量温度的光学仪器。

光纤沿线的温度不仅仅是以点的形式，而是作为连续分布地被测录。

即使是远距离外的某点温度也能被精确测量。

测量原理—拉曼效应各类物理方面的条件，比如温度或压力以及拉力，可能会影响玻璃纤维以及改变当地光纤中光传输的特性。

作为散射光在石英玻璃纤维中衰减的结果，外部物理影响的位置可以被确定，由此光纤可以被用作为线性传感器。

光纤是由混合石英玻璃制成的。

石英玻璃是无定形固体结构二氧化硅（SiO2）的一种存在形式。

热效应会引发固体内的晶格振荡。

当光落在这些被热量激发的分子振荡时，光粒子和分子电子之间会发生相互作用。

光散射，也被称为拉曼散射，会发生在光纤上。

与其他光不用，散射光经历了一个量相当于晶格振荡的共振频率的光谱变化。

因此，从光纤散射回来的光包含三种不同的光谱股：▪波长等同于原激光源的瑞利散射，▪具有较高波长的斯托克斯线，光子在其中生成，▪以及具有比瑞利散射更低波长的反斯托克斯线，光子在其中被摧毁。

所谓反斯托克斯带的强度是随温度变化的，而斯托克斯带的强度则与温度无关。

光纤的局部温度可由斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比推测得出。

测量原理 -- 光频域反射技术最新的分布式温度传感设备（DTS）都使用光频域反射（OFDR）方法。

如果被检测到的回波信号在整个测量时间段内被测算为复杂的频率函数，且满足傅里叶变换时，光频域反射系统（OFDR）将提供局部光纤的信息。

光频域反射技术带来的基本优势在于激光发射的准连续播模式以及光散射回来信号的窄带侦测，以此实现更高的信噪比，相对于传统的脉冲技术（OTDR）来说。

此项技术优势使得不昂贵的半导体激光二极管和信号电子零件的运用成为可能。

光频域反射已经发展成为一个可以测量长度仅为几毫米尺寸的光学波导的表征的高分辨率测量方法。

然而，LIOS技术有限公司将其率先运用于拉曼散射测量方式中，同时也是公司的专利。

dts分布式测温原理
DTS（Distributed Temperature Sensing）是一种利用光纤传感
技术进行温度测量的方法，可以实现高精度的分布式温度监测。

DTS的原理是利用光纤的光学特性来实现温度测量。

在DTS
系统中，一根长光纤被分成很多小段，每一小段都能够进行温度测量。

光纤上每隔一定距离就有一个发光器，发光器发出脉冲光信号沿着光纤传输。

当脉冲光信号遇到温度变化时，光的散射现象会引起信号的强度变化。

系统可以通过检测信号的强度变化来获得温度信息。

具体来说，DTS系统通过两种光纤传感方式来测量温度：拉
曼散射和布拉格光栅。

- 拉曼散射测温：当光信号沿着光纤传输时，与光纤中的分子
发生碰撞，部分光子会发生拉曼散射。

拉曼散射的频率与温度有关，可以通过检测散射光的频率来获得温度信息。

- 布拉格光栅测温：在光纤中引入布拉格光栅结构，当光信号
经过光栅时，部分光子会被反射回来。

布拉格光栅的反射波长与温度有关，可以通过测量反射波长的变化来获得温度信息。

DTS系统通过不断发送光信号并检测散射光的强度、频率或
波长变化来实现对光纤不同位置的温度测量。

DTS可以实现
高精度的分布式温度监测，广泛应用于石油、天然气、电力、交通等领域的温度监测和控制。

分布式光纤测温系统(DTS) 安装与使用说明无锡布里渊电子科技有限公司1.1 DTS光纤测温主机简介DTS光纤测温主机可以实现温度测量和火灾判断。

主机采用模块化设计，可靠性高；同时凭借高速微弱信号处理技术优势，可实现1米标准报警长度，技术指标达到国内领先水平。

主机为工业小型金属机箱，尺寸（200mm*250mm*100mm）设备正面外观图如下图1-1所示。

图1-1DTS设备正面外观图DTS主机的前面板包括1个电源开关与指示灯二合一按钮。

电源开关按下，电源按钮LED灯亮，显示为蓝光，此时电源打开，设备启动，5秒后设备正常运行。

电源按钮弹起，电源按钮LED灯灭，DTS主机设备关闭。

DTS设备带有标准对外接口，用以实现供电、通信、数据传输、光缆连接等功能。

设备背面外观图如下图1-2所示。

图1-2DTS设备背面外观图性能指标优势：1. 模块化尺寸，行业内最小（200mm*250mm*100mm）2. 重量最轻（3kg），便于携带，便于组装3. 功耗最低（平均功率8W以下），24V15AH电池组可持续工作48小时4. 组网简单，通过TCP与路由或者交换机，自由组网5. 可与报警器联动，可通过消防3C型式检验，可OEM贴牌，可自由组装6. 性价比出众，内部自带温度解调算法与火灾报警算法，性能达到行业前列，价格为行情价的50%，且量大优惠，专做批发机箱背面接口功能如下：（1）24V电源接口，外部电源24V的正极和负极分别连接到电源连接端子的“+”和“-”，采用航空插头，可直接插入，螺丝拧紧即可。

图1-3DTS设备适配电源航空插头（2）RJ45网络接口。

通过网线连接DTS设备与计算机，可以把DTS的测温数据通过网络传给计算机。

（3）DB9串口。

通过标准9针串口直连线连接DTS设备与计算机，此功能为厂家测试接口，可不使用。

（4）485接口。

设备带有一个4针绿色带耳连接器，用于输出485信号，信号定义从左到右依次为：IO、GND、485+、485-。

分布式光纤拉曼测温
分布式光纤拉曼测温是利用光纤光束束来探测环境温度变化的一种光学测温技术，它
使用散射光穿过光纤纤芯，并通过非接触式拉曼频谱分析技术来对温度变化进行实时测量。

分布式光纤拉曼测温比传统的探针式温度测量技术更加灵活，更能满足复杂的环境和
应用需求。

它使用一根光纤来连接测量点与测量系统，可以采集传感器上多个点的温度数据，从而探测出环境温度变化。

另外，光纤纤芯安装方便，不受环境干扰，而且具有抗腐
蚀能力，可以抗高压、腐蚀性等恶劣环境的影响，满足无人值守的系统易于使用的要求。

此外，分布式光纤拉曼测温技术还可以解决传统测温方法难以辨别的区域的温度变化
问题。

这种技术能够非接触方式测量重要区域的温度，甚至可以测量到形状复杂，无法使
用冷却系统的区域。

因此，分布式光纤拉曼测温已经成功地应用在多个领域，如汽车工业、电力行业、电
子和航空航天等领域，可以极大地提高生产劳动力，提高工作时间和节省成本，从而获得
更多的收益。

一、分布式光纤温度传感器二、分布式光纤应变传感器Sentinel-DTSS分布式光纤温度和应变测量系统是目前国际上唯一的可以实现温度与应变不交叉测量的系统，已经被成功的应用到与结构、变形相关的应用中。

DTSS分布式光纤温度和应变传感系统同时利用光纤感测信号和传输信号，采用先进的OTDR技术和Brillouin散射光对温度和应变敏感的特性，探测出沿着光纤不同位置的度和应变的变化，实现真正分布式的测量。

系统特点•整条光纤既传输信号又感应被测量•测试距离远：可达24km（可定做30Km）•空间分辨率高：1-5m•温度分辨率为0.5o C，应变分辨率为10με•同时的温度和应变独立测量•压力分辨率为2psi•单端测量•友好的用户界面•嵌入的网络接口和调制解调器应用领域•连续分布式测量•抗电磁干扰，适用于高电磁环境•本征防雷•测量距离远，适于远程监控•灵敏度高，测量精度高•寿命长，成本低，系统简单三、探测光缆Sensornet探测光缆内部采用普通标准的多模光纤，专门用于连接高性能的Sentinel-DTS实现分布式的温度测量，组成线型光纤火灾探测系统。

可以根据用户要求任意选择50/125μm或62.5/125μm的两种光纤。

Sensornet探测光缆本身就是传感器，性能稳定、可靠，不受各种电磁干扰。

通过它可以测得沿光缆所有点的温度分布情况，不会漏掉任何点，大大减小系统的误报和漏报。

Sensornet探测光缆不但具有很好的热传导特性，同时可以在恶劣环境中长期生存和工作。

Sensornet探测光缆主要包括：1. Sentinel-SST2. Sentinel-T3. 高温光缆这是一种可以在石油井下生存的，耐高温耐高压的特殊光缆。

它是一种高强度的并具备热敏反应的光缆。

这种光缆之所以能在高温下生存，是因为它含有4种保护层，而这4种保护层都是抗氢的。

•光纤的几何机构/涂覆层含有独一无二的抗氢特能• 2.0mm直径的不锈钢管能够保护光纤的机械性能•铝包层进一步强化了抗氢能力•第二层不锈钢管――0.25直径提供额外的机械保护这种类型的钢合金可以根据井下条件而变化(比如，有硫化氢H2S的环境下)，其厚度也可根据安装类型进行调整(比如，水平井，竖井或深井)这种类型的光纤可以在> 650°C的环境下测试成功，并且可以进行全面的抗氢测试。

VIAVISolutions手册VIAVIDTS （分布式温度传感）模块适用于 MTS-6000 和 ONMSi/OTU-8000 平台采用单端拉曼 OTDR 测量温度的分布式光纤解决方案。

主要优势和外形因素y 第一款加固型轻量级电池供电便携式 DTS 和 OTDR y 电池供电：无需信号发生器 y 可扩展的光纤验收工具y 机架安装式 DTS ：可以同时监测多条光纤的温度和损耗，使用 ONMSi 可实现低成本监测 y 轻松测量 DTS/OTDR ：避免双端测试。

单端、双波长源 测量与自动计算将用户从复杂的程序和计算中解放出来 y 采用直观的 GUI ，无需进行培训主要特性y 在一个模块中同时具备单模拉曼（温度）+ 双波长瑞利 OTDR 功能 y 从 1 米至最长 80 千米y 便携、紧凑、模块化、电池供电、重量轻（<4 千克）， y 大型 8 英寸穿透反射式 TFT 彩色显示器y 可扩展的机架安装式外形因素（19"、ETSI 、23"），低功耗 (<50W)，可提供多端口测量（多达 48 个端口，以及更多） y 与其他产品轻松连接（蓝牙、WIFI 以及使用 Smart Access Anywhere (SAA) 进行远程控制操作）应用y 管道监测（泄漏检测） y 电力电缆监测（热点） y 堤坝监测 (SHM)y 借助冷喷涂实现的现场光缆识别 y 真正的瑞利 OTDR 测试或监测当您需要测量温度时，将那些笨重的设备和场频信号发生器抛诸脑后吧。

VIAVI MTS-6000 DTS 解决方案是市场上第一款加固型现场便携式单模 DTS （分布式温度传感）测试仪。

其独特的轻量级电池供电式外形因素使其可轻松地在任何地方使用，是用于现场温度测量的理想工具。

这种单模 DTS 基于拉曼散射技术。

使用集成的传统双波长瑞利 OTDR 测量单模光缆沿线的温度或信号损耗。

针对弯曲检测和光纤完整性监测（专利申请中）执行光缆衰减分析，而无需两台专业 OTDR 仪器。

分布式光纤传感器是一种利用光纤作为传感元件的传感器，可以实现对光纤全长范围内的物理量进行实时监测和测量。

根据不同的工作原理和应用领域，分布式光纤传感器可以分为以下几类：
1. 光时域反射技术（OTDR）传感器：利用光时域反射技术，通过测量光脉冲在光纤中的反射信号来实现对光纤全长范围内的物理量（如温度、应变等）的测量。

2. 光频域反射技术（OFDR）传感器：利用光频域反射技术，通过测量光信号在光纤中的频率变化来实现对光纤全长范围内的物理量的测量。

相比于OTDR传感器，OFDR传感器具有更高的测量精度和分辨率。

3. 光纤布拉格光栅（FBG）传感器：利用光纤布拉格光栅的光纤传感器。

通过在光纤中引入布拉格光栅结构，当光纤受到外界物理量的影响时，布拉格光栅的反射光谱将发生变化，从而实现对物理量的测量。

4. 光纤拉曼散射（ORS）传感器：利用光纤拉曼散射效应，通过测量光纤中的拉曼散射光信号来实现对温度、应变等物理量的测量。

5. 光纤干涉（OFI）传感器：利用光纤干涉效应，通过测量光纤中的干涉光信号来实现对物理量的测量。

常见的光纤干涉传感器包括光纤菲涅尔光栅传感器和光纤马赫曾德干涉传感器。

这些是常见的分布式光纤传感器的分类，每种传感器都有其特点和适用范围，可以根据具体的应用需求选择合适的传感器。

dts光纤测温原理
DTS（Distributed Temperature Sensing）光纤测温原理是由光
纤传感器实时测量光纤沿整个长度的温度分布的技术。

DTS光纤测温原理基于拉曼散射效应和光时域反射技术。

通
过光纤中的激光脉冲向信号传播方向发射，并随着时间的推移，部分激光会散射回来。

然后，测量设备分析返回的激光散射信号的频谱和时间延迟，从而推导出光纤沿长度的温度变化。

光纤中的温度变化会影响光纤的折射率，从而改变返回的散射光的频谱和时间延迟。

通过比较实时测量到的散射光信号与预先校准的温度-频率或温度-延迟关系，可以确定光纤中的温度
分布。

DTS光纤测温原理具有高精度、高灵敏度、全程覆盖等优点。

它在很多领域中有广泛的应用，如管道监测、油井温度监测、地表温度分布监测等。