分布式光纤测温系统原理感温过程以及运用领域

一、系统简介：分布式光纤测温系统（DTS）是集光纤传感、光纤传输、光纤通信、光电控制及计算机等技术于一体，一种实时、在线、连续的温度在线监测系统。具有实时在线、测温精度高、本质安全和不受电磁干扰等优点.对生产过程中的温度和火灾情况进行实时在线监测，将故障和事故消除在萌芽状态，真正做到防患于未然。
二、基本原理
当光在光纤中传输时，与光纤中的分子、杂质等相互作用而发生散射。发生的散射有米氏散射、瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等。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
由于光纤中分子的热运动与光子相互作用发生能量交换而产生的。具体地说，当光子被光纤分子吸收后会再次发射出来。如果有一部分光能转换为热能，那么将发出一个比原来波长大的光，称为Stokes光。相反，如果一部分热能转换为光能，那么将发出一个比原来波长小的光，称为Anti-Stokes光。拉曼散射光就是由这两种不同波长的Stokes 光和Anti-Stokes光组成的，其波长的偏移是由光纤组成元素的固有属性决定的，因此拉曼散射光的强度与温度有关，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，这就是利用传感光纤测量温度的基本原理。

三、感温过程
分布式光纤测温系统的感温过程为：计算机控制同步脉冲发生器产生具有一定重复频率的脉冲，这个脉冲一方面调制脉冲激光器，使之产生一系列大功率光脉冲，另一方面向高速数据采集卡提供同步脉冲，进入数据采集状态。光脉冲经过波分复用器的一个端口进入到传感光纤，并在光纤中各点处产生后向散射光，返回到波分复用器中。后向散射光通过波分复用器中的薄膜干涉滤光片分别滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经波分复用器的另外两个端口输出，并分别进入到光电检测器(APD)和放大器中进行光电转换和放大，将信号放大到数据采集卡能够采集的范围上。最后由数据采集卡进行存储和处理，用于温度的计算。

四、应用领域
(一)油、气、水管道泄漏温度监测
伴随着分布式光纤传感技术的快速发展，我们就能够只利用几根或一根光纤而对管道内物质的压力、温度、管壁应力、流量进行及时的在线测量。这有利于管道监控系统的进一步发展，所以，在输油管道的泄漏检测技术中充分应用分布式光纤传感器有着很好的前景。其不但有利于泄漏检测技术在定位和精确性方面的发展，而且具有一定的便利性，经济性，以更好的维护输油管道的发展。

在输油管道运输过程中经常需要解决的问题是管道的泄漏检测。因为管道泄漏不但会对管输正常运行产生影响，而且在输送腐蚀性、有毒害、易燃易爆的物体时，还会对环境造成污染，甚至造成爆炸、火灾等事故。所以，对管道泄漏进行预防和发现泄漏时的及时定位、报警具有至关重要的意义。（二）电力电缆的温度监测
在电力系统中，电缆线路起到传输高压电能的作用。电缆常常会由于长期运行而绝缘老化，会由于所处外部环境恶劣及内部高负荷电流而引起局部高温甚至火灾。因此，有必要对电缆进行实时、在线监测，及时地发现故障，将事故消除在萌芽状态。分布式光纤测温系统可以通过对电力电缆的运行状态进行在线监测，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，提高对电缆的管理水平;可以对电缆沟内的火情进行监测与报警，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;可以优化输配电的资本，根据温度可以确定电缆的负荷变化，合理地配置负荷，扩大现有电缆的容量，增加电缆的工作寿命;可以发现电缆运行过程中的外力破坏。

(三)高压配电装置的温度监测
开关柜内的电缆接头，10KV、35KV高压开关柜中动静触头及电气设备的连接头由于长期运行，可靠性和接触性会变差，是易出故障的薄弱环节。其原因主要是这些部位接触不良、接触电阻较大，在大电流情况下热功率很大，从而造成过热，加剧接触面氧化，使得接触电阻进一步增大，形成恶性循环，发展到一定程度，便会造成严重故障，破坏供电的安全可靠。分布式光纤测温系统可以将光纤缠绕在接头上，实时监测其温度，在演变成事故前，及早发现并采取处理措施。对于发电机绕组、变压器等体积比较大的重要部件，可将光纤缠绕在其表面，增加了测量该区域的光纤长度，提高了测量的准确性，并在温度曲线中能快速地找到高温故障点。
（四）变电站的温度监测
分布式光纤测温系统因其自身*的优点，被广泛应用于变电站的温度监测中。它可以实现对主设备的温度监测，通常采用带有外护套的光纤电缆作为主变压器室火情监视报警系统，采用热塑料外护套的光纤电缆进行“0距离”实时监测变压器的套管、GIS穿墙管及导线连接处的温度。它可以对开关柜内易发热部位实时进行监测，将其同开关柜体的通风系统配合使用，可以使柜内的温度始终保持在允许的范围内;将光纤缠绕在柜体内电缆接头上、断路器小车的一次插头隔弧罩上或静触头热缩套上，可以实时监测其温度，在演变成事故之前，及早发现并采取措施。
分布式光纤测温系统具有本质安全、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、管道测漏系统运行设备的多点、实时、在线监测。该系统已在国内外电力系统、管道测漏系统中广泛应用并得到认可，进一步完善该系统的稳定性和可靠性将使其在众多领域中的应用前景更加广阔。谢谢阅读，希望能帮到大家，请继续关注杭州迈煌科技有限公司。