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分布式光纖測溫系統(tǒng)

編輯:正瑞電子   發(fā)布時間:2018-12-11   閱讀:9837

一、綜述                   

分布式光纖測溫系統(tǒng)集光、電、機(jī)械、計算機(jī)和微弱信號檢測等技術(shù)為一體,可實現(xiàn)大范圍空間溫度分布式實時測量,具有測量距離長、覆蓋探測區(qū)域、實時監(jiān)測、可精確定位等優(yōu)點,在交通隧道、地鐵、電力、石化、水利等等領(lǐng)域均有應(yīng)用。

分布式光纖測溫系統(tǒng)可同時實現(xiàn)溫度測量和空間定位功能,其中溫度測量利用光纖自發(fā)拉曼(Raman)散射效應(yīng),空間定位利用光時域反射(OTDR)技術(shù)。

光纖既是傳輸介質(zhì),又是傳感器。高速驅(qū)動電路驅(qū)動激光器發(fā)出一窄脈寬激光脈沖,激光脈沖經(jīng)波分復(fù)用器后沿傳感光纖向前傳輸,激光脈沖與光纖分子相互作用,產(chǎn)生多種微弱的背向散射,包括瑞利(Rayleigh)散射、布里淵(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等,其中拉曼散射是由于光纖分子的熱振動,產(chǎn)生溫度不敏感的斯托克斯(Stokes)光和溫度敏感的反斯托克斯(Anti-Stokes)光,兩者的波長不一樣,經(jīng)波分復(fù)用器分離后由高靈敏的探測器所探測。光纖中的Anti-Stokes光強(qiáng)受外界溫度調(diào)制,Anti-Stokes與Stokes的光強(qiáng)比值準(zhǔn)確反映了溫度信息;不同位置的拉曼散射信號返回探測器的時間是不一樣的,通過測量該回波時間即可確定散射信號所對應(yīng)的光纖位置;結(jié)合高速信號采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù),可準(zhǔn)確、快速地獲得整根傳感光纖上任一點的溫度分布信息。

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分布式光纖測溫技術(shù)原理

二、系統(tǒng)組成

2.1系統(tǒng)組成概述

系統(tǒng)主要包括測量主機(jī)、傳感光纜、用戶軟件和相關(guān)配件。

2.1.1測溫主機(jī)

測溫主機(jī)采用多項光電測量和光纖技術(shù)以及性能高的光電器件,測量距離(16km)可定制、響應(yīng)速度(2s)、測溫精度(0.5℃)??蛻艨梢葬槍?yīng)用需求,選擇相應(yīng)的型號。

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測量主機(jī)外觀

分布式光纖測溫系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)如下:

測溫性能

測量距離

0~16km

測量時間

2s/通道

測溫精度

±0.5℃

溫度分辨率

0.1℃

通道數(shù)量

1~8(可選)

測溫范圍

-40℃~85℃(常規(guī)光纖)

-40℃~250℃(特殊光纖)

采樣間隔

0.4m,0.8m

空間分辨率

0.5m,1m,2m,3m

定位精度

,0.2m,0.8m

系統(tǒng)接口

光纖接頭

FC/APC

通訊接口

Ethernet,USB,RS232

繼電器

46路溫度報警,2路系統(tǒng)故障

工作條件

工作溫度

-10℃~60℃

工作濕度

0~95%R.H. 無凝露

工作電源

DC 24V,AC 220V(可選)

IP等級

IP50



 

2.1.2感溫探測光纜    

傳感光纜采用特殊設(shè)計的快速導(dǎo)熱型光纜,纖芯采用進(jìn)口GI 62.5/ 125多模光纖,光纖保護(hù)層選用高強(qiáng)度聚合物及不銹鋼螺旋管鎧裝護(hù)套,外護(hù)套為低煙無鹵阻燃材料,抗拉強(qiáng)度、耐彎、耐壓性能好,防水、抗腐蝕性,穩(wěn)定可靠,工作壽命長。經(jīng)過特殊設(shè)計的光纜結(jié)構(gòu),既能快速傳遞外界熱量,又可有效保護(hù)光纜內(nèi)部的光纖,還能防止嚙齒動物的嚙咬,尤其適合工業(yè)消防監(jiān)測應(yīng)用及工程施工需求。

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感溫探測光纜的技術(shù)參數(shù)如下:

光纖類型  GI 62.5/125um

光纖接頭  FC/APC,E2000/APC(可選)

光纜壽命  大于30年

光纜外徑  3mm-6mm

抗拉強(qiáng)度  >600N

抗壓強(qiáng)度  3000N

彎曲半徑  ≥60mm

外護(hù)套  阻燃聚合物  不銹鋼管

2.1.3用戶軟件(可根據(jù)客戶需求量身定制)

用戶軟件為自主設(shè)計開發(fā),為用戶提供人性化、功能完善的中文交互界面,實時顯示溫度分布曲線和待測區(qū)域報警狀態(tài),可根據(jù)實際工況分區(qū)設(shè)置多級報警閾值,并提供歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計分析功能。采用先進(jìn)的基于Web的以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu),系統(tǒng)可以方便地與客戶局域網(wǎng)連接,在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的每一臺計算機(jī)均可快捷地訪問系統(tǒng),通過操作系統(tǒng)自帶的IE瀏覽器即可訪問、調(diào)取溫度數(shù)據(jù)和報警信息。

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功能特點

基于Web的以太網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)

中文界面

簡單易用,操作方便

可視化視圖,易于定位

分區(qū)設(shè)置多級報警閾值

歷史數(shù)據(jù)查詢及統(tǒng)計分析

量身定制開發(fā)

三、分布式光纖測溫系統(tǒng)功能特點

分布式光纖測溫系統(tǒng)應(yīng)能分別針對不同環(huán)境下的溫度進(jìn)行監(jiān)測,能盡早發(fā)現(xiàn)事故隱患,減少損失。同時提供實時在線監(jiān)測數(shù)據(jù),為運(yùn)行人員全面了解電氣設(shè)備的使用情況提供可靠依據(jù)。有自診斷功能,如果探測光纜受損,系統(tǒng)可及時定位故障點。

分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要功能特點:

1.1 分布式實時測量,覆蓋探測區(qū)域,精確定位火災(zāi)位置。

1.2 可視化顯示,實時顯示火災(zāi)發(fā)展趨勢和蔓延方向。

1.3 24小時不間斷在線監(jiān)測,從根本上杜絕人員疏忽導(dǎo)致的事故。

1.4 測量距離長,測量信息豐富。測量精度高,響應(yīng)速度快。

1.5 報警方式靈活:

1.5.1 可實現(xiàn)差定溫多級報警方式,確?;馂?zāi)初期可靠報警。

1.5.2 可針對環(huán)境變化設(shè)置可達(dá)1000個不同報警控制區(qū)域,報警控制區(qū)可編程,并可按照用戶的要求進(jìn)行設(shè)計,每個單獨(dú)的報警區(qū)域可設(shè)置不同的報警值。

1.5.3 系統(tǒng)具有多級定位報警、差溫報警和預(yù)報警功能,一旦檢測到監(jiān)測部位環(huán)境溫度值或溫升速率超過設(shè)定的閾值,自動發(fā)出聲光報警信息,并傳送至火災(zāi)報警主機(jī)。

1.6 當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時,及時提供報警信息并準(zhǔn)確定位起火位置,并可通過繼電器輸出模塊與其它消防設(shè)施進(jìn)行聯(lián)動控制。

1.7 實時溫度信息和報警信息可自動保持,具有歷史數(shù)據(jù)查閱與統(tǒng)計分析功能。

1.8 系統(tǒng)具有自診斷功能,如果探測光纜受損,系統(tǒng)可及時定位故障點。

1.9 穩(wěn)定可靠,誤報率低。

1.10 探測光纜既是信號傳輸載體,又是感溫元件,安裝方便;探測光纜采用耐久性設(shè)計,工作壽命長,后期維護(hù)成本低。

1.11 光信號測量,本質(zhì)安全,抗電磁干擾,適合易燃易爆等惡劣環(huán)境下長期工作。

1.12 測溫系統(tǒng)可以單獨(dú)保存七天以上的溫度數(shù)據(jù)及報警信息,可選用非機(jī)械硬盤式閃存介質(zhì)或者大容量進(jìn)口硬盤存儲介質(zhì)。

1.13 測溫系統(tǒng)采用符合工業(yè)級可靠性要求的嵌入式系統(tǒng),具備web網(wǎng)絡(luò)訪問功能。

1.14 具有網(wǎng)絡(luò)接口,可與管理網(wǎng)絡(luò)相連,實現(xiàn)信息的共享和進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理功能。

技術(shù)性能

  u  距離:16km

  u  速度:2s/通道

  u  精度:0.5℃

  u  采點:0.4m采樣間隔

  u  通道:可定制,≥2

  u  系統(tǒng)接口豐富,組網(wǎng)方便

  u  報警繼電器輸出達(dá)48路

  u  單一探測器光路設(shè)計,可靠性高

  u  具有自診斷功能,快速定位故障

  u  差定溫報警功能,報警方式靈活

  u  無漏報,誤報率低

四、感溫探測光纜安裝方式

分布式感溫光纖測溫系統(tǒng)主機(jī)部署在監(jiān)控中心,4路感溫探測光纖直接從測量主機(jī)引出,沿著待測電纜夾層或橋架敷設(shè),對于高壓電纜,一根高壓電纜敷設(shè)一根感溫光纖,對于電纜夾層,在每一層電纜夾層中,探測光纜S型鋪設(shè)。

感溫探測光纜的安裝需貼緊探測區(qū)域,以實現(xiàn)溫度或火災(zāi)的快速響應(yīng)。用塑料扎帶把光纜和電纜捆扎在一起。電纜豎井中感溫光纖宜緊貼豎井側(cè)壁敷設(shè)。電纜接頭處感溫光纖的設(shè)置應(yīng)將感溫光纖盤繞成環(huán),貼附與電纜接頭處。環(huán)的彎曲半徑應(yīng)不小于光纖外徑的20倍。

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光纜鋪設(shè)示意圖








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