分布式光纤载流量／温度安全监测系统的研究

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分布式光纤测温技术及电缆载流量模型在智能电网中应用研究

分布式光纤测温技术及电缆载流量模型在智能电网中应用研究摘要：分布式光纤光栅温度监测系统,可以实现电缆温度的实时在线监测，可有效应用于电缆温度在线监测,为电缆载流量的确定提供有效的参考依据,避免电缆火灾事故。

关键词：电缆温度场光纤光栅温度在线检测系统与一些发达国家相比,我国电网的电缆平均故障率偏高。

其中一个重要原因是缺乏对电缆系统有效的在线监测,很重要的一个方面就是温度在线监测。

应用现金的激光（光纤）通讯技术、微处理器技术、数字化温度传感技术（光纤光栅温度传感器）、数据库管理、地理信息系统应用等技术，对运行中的高压电缆进行24小时的不间断监视，自动分析其运行状态，建立电缆运行的历史档案，总结出判断电缆故障的直接或间接判据，动态的研究其故障发生的演变过程，有效的辨识电缆的老化、过热和火灾的发生，在电缆故障之前发出报警及建议。

1、光纤光栅温度传感器原理光纤光栅是一种反射式光纤滤波器件，主要是形成布拉格反射。

主要原理是通过紫外线干涉条纹照射一段10mm长的裸光纤，在纤芯产生折射率周期调制，在布拉格波长上，在光波导内传播的前向导膜会耦合到后向反射模式。

对于特定的空间折射率调制周期（A）和纤芯折射率（n）。

布拉格波长为：λB=2nA (1)由式(1)可以看出：n与A的改变时反射光波长也会发生改变。

为了使能外界温度、应力和压力的变化导致n与A发生改变，通过一定的封装设计，使FBG 达到对其敏感的目的。

FBG中心波长与温度变化的关系可用下式表示:△λB=λB（1+ξ）△T (2)式(2)中，△λB是反射光中心波长的改变：△T为温度的变化量，ξ为光纤的热光系数，在1550mm波段，FBG对温度的敏感系数分别为10pm/oC。

2、传感系统的构成电缆温度在线监测系统如图1所示,该系统主要由宽带光源(BBS)、可调谐光纤法布里-珀罗腔滤波器(FFP-TF)和现场可编程门阵列(FPGA)等部分构成。

该系统通过将光纤光栅固定在电缆表面实现同时对两条电缆进行监测,窄带光源是BBS发出的光经过FFPTF滤波后形成。

分布式光纤传感网络技术的研究与应用

分布式光纤传感网络技术的研究与应用随着物联网技术的发展，分布式光纤传感网络技术作为其重要应用之一，已经开始进入人们的视野。

分布式光纤传感技术是一种通过利用光纤作为传感元件，实现对周边环境变化的实时感知和监测。

它能够对温度、形变、应变、压力等物理量的变化进行精确监测和分析。

本文将对分布式光纤传感网络技术进行研究和应用分析。

1. 分布式光纤传感技术的基本原理及优势分布式光纤传感技术是利用光纤本身的属性，将其作为传感元件，传输探测信号。

在光纤中引入探测信号光束，通过探测光束中的散射效应，实现对被监测系统中的物理量进行探测。

该技术具有传输距离远、感测范围大以及不受电磁干扰的优点，适用于场强或场分布不平均的环境，在工程实践中得到了广泛应用。

相比于传统传感方法，分布式光纤传感技术有以下显著优点：1) 可实现大范围、高精度的实时监测2) 不受被监测系统中的物理量的数量和分布位置的限制3) 实时数字化信号输出，高精度读取数据2. 典型光纤传感技术(1) 光弹效应传感技术利用光纤的弹性特性，设计一定的光栅结构，实现对被测物体的形变和应力进行测量。

(2) 光声效应传感技术通过光纤中的声波成像，可以被视为一个多点的探测器，通过探测声波的传播时间，可以计算得到被测物体的位置信息。

(3) 光纤布里渊散射传感技术利用光纤中的布里渊散射效应，实现对温度、压力等物理量的测量。

3. 分布式光纤传感网络的研究及应用分布式光纤传感网络是将多个光纤传感单元（Distributed Fiber Optic Sensors, DFOs）连接在一起，形成一个分布式传感网，来实现对被监测物体的全局监测。

随着分布式光纤传感技术的不断发展，该技术在许多领域得到了广泛应用。

(1) 油田监测光纤传感技术可以用于油田监测中，帮助工程师更好地监测生产流程中的压力、温度和流量等参数，并且可以实时监测地震等自然灾害风险，保障员工、油田设备的安全。

(2) 铁路监测利用分布式光纤传感技术对铁路进行全面监测，能够实现实时监测钢轨的热胀冷缩，以及机车疲劳等重要参数。

分布式光纤在矿井温度监测中的应用

ｍｅｎｔｉｎｇｔｈｅｓｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ．Ａｓｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍｃａｎｐｒｅｄｉｃｔｐｏｓｓｉｂｌｅｆｉｒｅｄｉｓａｓｔｅｒｓｂｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｔｈｅｆｉｌｅｄｔｅｍｐｅｒａ— ｔｕｒｅｔｉｍｅｌｙ，ｉｔｃａｎｔｈｕｓｐｒｏｖｉｄｅｒｅｌｉａｂｌｅａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃａｌｆｉｒｅａｌａｒｍｓｅｒｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｓｙｓｔｅｍｉｓｏｆｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｓａｆｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｉｎｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙ．
摘要：提出采用分布式光纤测温技术对煤矿井下温度进行监测以及预警，给出了分布式光纤测温系统
的组成、原理，根据系统监测的空间温度场来确定火灾的可能性从而及时做出预报，可为煤矿安全生产提供先进可靠、经济实用的火灾预警预测系统，对保证矿井的安全运行与生产具有非常重要的意义。关键词：分布式光纤；拉曼散射；温度监测；煤矿安全
ＣＬＣｎｕｍｂｅｒ：ＴＤ７５２
Ｄｏｃｕｍｅｎｔｃｏｄｅ：Ａ
ＡｒｔｉｃｌｅＩＯ：１００３－０１０７（２０１３）１０ — ００４７一Ｏ３

分布式光纤应变监测系统研究

分布式光纤应变监测系统研究
分布式光纤传感器具有传输距离长、抗电磁干扰能力强,能够较全面地获取监测目标体参数信息的特点,可实现长期在线分布式监测,适合长期实时监测大型结构体的变化。

基于分布式光纤传感器的优点及国家对地质灾害监测技术发展的重视,论文在“十一五”国家科技支撑计划课题(2006BAC04B03)及中国地质调查局地质调查工作项目(1212010641008)的支持下开展布里渊分布式光纤应变监测技术的研究及仪器的研发。

在光纤中传播的光会产生布里渊散射现象,布里渊散射光的频移与光纤所处温度环境和所受应变有关。

论文通过对布里渊散射机理的介绍,说明了布里渊散射频移与应变和温度之间的关系,阐述了分布式光纤应变监测系统研制的理论基础。

利用微波电光调制光相干检测技术,采用模块化设计,研制了分布式光纤应变监测系统样机。

论文通过对背向布里渊散射光各种检测方案的对比,提出了分布式光纤应变监测系统的设计思路,确定了分布式光纤应变监测系统的结构框架,在此基础上,对监测系统参数、监测系统各模块的硬件与软件设计和实现方法进行了深入研究,研制了分布式光纤应变监测系统样机。

通过标定试验和室内模拟试验,验证了样机的性能。

监测光纤应变量受温度影响的校正试验中,运用线性回归等统计分析方法,获得了光纤应变受环境温度影响的函数关系,为实际工程的BOTDR应变监测数据处理提供了理论依据。

在三峡库区巫山县邓家屋场滑坡进行了分布式光纤应变监测试验,探索了光纤选型、网络布设、铺设方法等施工工艺。

提出了FBG与BOTDR联合监测滑坡的方案,并在巫山残联滑坡进行了监测试验,进一步探讨了分布式光纤与光纤光栅
联合监测的可行性及优点。

分布式光纤测温系统在电缆温度监测中应用

分布式光纤测温系统在电缆温度监测中应用肖恺;李平;罗巧梅;张静;杨峰;赵浩【摘要】In view of the present fire detection problems for power cable safety,a distributed fiber temperature detecting system is proposed in this paper. The optical time domain reflection technology and Raman scattering technique are adopted in the system,which is composed of temperature detection host computer,temperature detection cable and CSM host,and has high sensitivity and positioning accuracy. The surface temperature of power cable is got by the fiber cable,passed to the temper-ature detecting host computer for data analysis,and displayed the power cable temperature status and alarm on the CSM host. In order to verify the effectiveness of the distributed fiber temperature detecting system,a temperature detecting experiment was car-ried out in a domestic tunnel. The experimental results proved that the system can accurately response the real-time status of field running power cable,timely find and position the temperature abnormal points;when the cable surface temperature ex-ceeds the preset warning temperature value,the system outputs an alarm signal immediately to avoid the accident of the power line.%针对目前电力电缆安全中突出的火灾探测问题，提出了一种分布式光纤测温系统，该系统采用光时域反射技术和拉曼散射测温技术，由测温主机、测温光缆及CSM主机构成，具有极高的灵敏度和定位精度。

BOTDA分布式光纤温度测量系统研究的开题报告

BOTDA分布式光纤温度测量系统研究的开题报告一、研究背景及意义随着科技的不断进步，对于制造业来说，温度测量不仅仅是一个基础问题，更是影响产品质量稳定性以及产品性能的重要因素之一。

因此，开发一种精度高、实时性好的温度测量方法对于制造业来说具有重要的意义。

光纤传感技术具有高灵敏度、高速率、高分辨率、抗电磁干扰等优点，适用于各种温度、应变等参数测量。

其中，BOTDA（Brillouin Optical Time Domain Analysis，布里渊光时域分析）作为一种新型光纤传感技术，具有分辨率高，测量范围大，能够对温度变化进行实时监测等优点，因此越来越受到研究者们的关注。

本研究将借助BOTDA技术，开发一种分布式光纤温度测量系统，为制造业提供一种新的高精度、高稳定性的温度测量方案。

二、研究内容及方案（1）BOTDA技术研究BOTDA技术是一种利用光纤折射率随温度变化导致的布里渊频移效应进行温度测量的方法。

在本研究中，将对BOTDA技术进行深入研究，探究其原理、性能及优缺点等方面。

（2）系统设计与构建本研究将基于BOTDA技术，建立分布式光纤温度测量系统。

本系统将采用单模光纤作为传感器，在光纤中通过激光器和激光光纤调制器，调制广场波信号，随着温度的变化，布里渊频移应变会影响光纤传播时间，进而影响信号的相位差，利用BOTDA技术，可以将温度与信号的相位差联系起来，从而实现温度的高精度测量。

（3）系统测试与优化在系统构建完成后，将对其进行测试和优化。

通过对系统的各项性能指标的检测，对系统进行不断的优化，提高其温度测量的精度和可靠性。

三、预期研究成果及应用价值本研究将建立一种利用BOTDA技术的分布式光纤温度测量系统，具有高精度、高灵敏度和实时性好等特点，该系统将在制造业中得到广泛应用，可以用于各种工业温度测量需求，为制造业提供新的高精度、高可靠性的温度测量方案。

分布式光纤电缆温度测量系统设计及应用研究的开题报告

分布式光纤电缆温度测量系统设计及应用研究的开题报告一、选题背景和意义在电力系统、石油化工、交通运输等众多领域，温度的测量是非常重要的一个参数。

对于电力系统中的输电线路、变电站设备等，温度的监测可以帮助判断设备的状态和安全运行。

在石油化工、交通运输等领域中，温度的监测则可以控制设备的运行，减少故障发生。

传统的温度测量方法通常采用热电偶、热电阻等方式，但这些方法有一定的局限性，如需要多个测量点、难以实现实时监测等。

因此，利用光纤传感技术实现温度测量，可以有效地克服上述问题，实现精确、实时的温度监测。

本选题旨在研究分布式光纤电缆温度测量系统，其利用了光纤传感技术来实现对线路温度实时监测，对于现代化电力系统、石油化工、交通运输等领域的设备监测，具有十分重要的实际意义。

二、研究内容和技术路线研究内容1. 分析光纤传感器温度测量原理和分布式光纤传感技术；2. 研究分布式光纤电缆的结构和实现温度测量的原理；3. 设计分布式光纤电缆温度测量系统，包括硬件和软件的设计；4. 对设计系统进行实验室测试和实际应用。

技术路线1. 学习光纤传感器和分布式光纤传感技术的相关知识；2. 了解分布式光纤电缆的结构和温度测量原理；3. 设计分布式光纤电缆温度测量系统，包括选型、硬件设计、软件设计等；4. 进行实验室测试和实际应用，并对测试结果进行数据处理和分析。

三、预期目标和研究价值预期目标1. 实现分布式光纤电缆温度测量系统的设计和制作；2. 对分布式光纤电缆温度测量系统进行实验室测试，验证系统的可行性和精度；3. 在实际应用中验证该系统的功能，并提出改进意见。

研究价值1. 本研究可以实现对电力系统、石油化工、交通运输等领域设备温度的实时监测，有很高的应用价值；2. 分布式光纤电缆的温度测量原理可以扩展到其他物理量的测量，如电场、压力等，具有广阔的应用前景；3. 本研究可以加深对光纤传感技术的了解，并促进其在其他应用领域的发展。

分布式光纤测温系统分析

分布式光纤测温系统一、兴安矿现状兴安矿井煤系地层厚 1120米，有煤层 41个，其中可采和局部可采煤层 23个，煤层总厚度为 75.99 米， 2006年10月26日黑龙江省煤田地质研究所对兴安矿煤层自然倾向性分类和自然发火期核定说明：11、12、17-1、17-2、18、21、22、27、30号层 9个煤层属容易自然发火煤层。

各煤层自然发火期： 11 号层自然发火期： 4个月； 17-1号层、 17-2号层自然发火期： 8 个月； 18号层自然发火期： 6个月； 21号层自然发火期： 10 个月、 12、27、30号煤层自然发火期 12个月属自然发火煤层，23 、24、28、33等煤层自然发火期12 个月以上，属不易自然发火煤层。

由于煤层自燃发火期短，在对煤层自然发火潜伏期温度的变化进行观测时发现现有的观测技术落后。

二、强化温度观测技术兴安矿煤层自燃发火的预测预报工作主要以人工观测采空区后部钻孔为主，这种方法在技术上限制了观测的连续性和准确性，为改变现有的观测技术，兴安矿引进了山东微感光电子有限公司研发的分布式光纤测温监测预报系统。

三、分布式光纤测温监测预报系统原理及系统软硬件设备1、原理分布式光纤测温监测预报系统采用分布式光纤测温技术，该技术为拉曼散射和光时域反射技术，可以实现温度和距离的测定。

拉曼散射是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应。

当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞。

弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光。

由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集，光纤测温的原理是依据后向拉曼（Raman）散射效应。

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分布式光纤载流量／温度安全监测系统的研究
＊
杨斌，田杰，江健武，沈春光，段绍辉
（１．上海华魏光纤传感技术有限公司，上海２０１１０３；２．深圳供电局有限公司，广东深圳５１８０００）
摘要：针对电力电缆安全监测的应用需求，提出了一种以拉曼分布式光纤温度传感技术为核心的分布式光纤载流量／温度安全监测系统设计方法。该系统利用拉曼分布式光纤温度传感器对
ＹＡＮＧＢｉｎ，ＴＩＡＮＪｉｅ。，ＪＩＡＮＧＪｉａｎｗｕ。，ＳＨＥＮＣｈｕｎｇｕａｎｇ，ＤＵＡＮＳｈａｏｈｕｉ
（１．ＳｈａｎｇｈａｉＢｏｏｍＦｉｂｅｒＳｅｎｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１１０３，Ｃｈｉｎａ；
电网中的电力电缆线路的温度、载流量等运行状况进行全方位实时智能监测。试验结果表明，该系统可实现２０ｋｍ的电缆导体温度和载流量运行状态监测预警，计算导体温度与实测导体温度最大偏差不超过１℃ ，定位精度０．５ｍ，采用有限元算法得到的电缆温度和电缆载流量的对应
第３５卷
第１期
光
学
仪
器
Ｖｏ１．３５，Ｎｏ．１
２０１３年２ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
ＯＰＴ１ＣＡＬＩＮＳＴＲＵＭＥＮＴＳ
Ｆｅｂｒｕａｒｙ，２０１３
文章编号：１００５ — ５６３０（２０１３）０１ — ００７５ — ０５
关系与实际情况基本吻合。关键词：光纤传感器；拉曼散射；电力电缆；载流量／温度中图分类号：ＴＰ２１２文献标识码：Ａｄｏｉ：ｌＯ．３９６９／ｊ．ｉｓｓｒＬ１００５ — ５６３０．２０１３．０１．０１５
ｐｏｗｅｒｇｒｉｄｉｎａｒｅａｌ — ｔｉｍｅ，ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｎｄａｌｌ — ａｒｏｕｎｄｗａｙ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｓｕｐｅｒｖｉｓｅｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒＳｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙＳｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｕｓｏｆ２Ｏｋｍｌｏｎｇｐｏｗｅｒｃａｂｌｅ，ａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇｔｈｅｃｏｎｄｕｃｔｏｒＳｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｃｔｕａｌｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ
Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｏｐｔｉｃｆｉｂｅｒｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｃｕｒｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍ
ｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＯｐｔｉｃＦｉｂｅｒＣａｒｒｙｉｎｇＣａｐａｃｉｔｙａｎｄｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｃｕｒｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗｉｔｈＲａｍａｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｉｂｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｓｃｏｒｅｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．ＴｈｉｓｓｙｓｔｅｍｕｓｅｓＲａｍａｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｆｉｂｅｒｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｓｅｎｓｏｒｔｏｍｏｎｉｔｏｒｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ｔｈｅｃａｒｒｙｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙａｎｄｏｔｈｅｒｒｕｎｎｉｎｇｓｔａｔｕｓｏｆｔｈｅｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｌｉｎｅｉｎｔｈｅ
２．ＳｈｅｎｚｈｅｎＰｏｗｅｒＳｕｐｐｌｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｍｅｅｔｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｆｐｏｗｅｒｃａｂｌｅｓｅｃｕｒｉｔｙｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，ａ