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(shí)現(xiàn)大范圍空間溫度分布式實(shí)時測量,具有測量距離長、覆蓋探測區(qū)域、實(shí)時監(jiān)測、可精確定位等優(yōu)點(diǎn),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(shí)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(diǎn)的溫度分布信息。
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。
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 |
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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。
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(shí)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(shí)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。
功能特點(diǎn)
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(diǎn)
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(shí)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(diǎn)。
分布式光纖測溫系統(tǒng)的主要功能特點(diǎn):
1.1 分布式實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(diǎn)。
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(shí)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(diǎn):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(shí)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。
光纜鋪設(shè)示意圖
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