光纤传感测温系统
分布式光纤测温系统的设计与实现的开题报告
分布式光纤测温系统的设计与实现的开题报告一、选题背景随着现代化工业的快速发展，温度成为一个重要的参数，对于许多工业生产环境来说，温度的控制和精确测量变得至关重要。
传统的温度测量技术包括热电偶、温度计等，在一些特殊环境下却显得不够稳定和准确。
而光纤传感技术的特点是免受其他传感器形式所受特定环境因素的影响。
因此本次课题将会探究光纤传感器在温度测量中的应用。
二、选题意义光纤传感技术具有稳定性好、对环境干扰小、可长距离传输信号等优势。
利用这一优势，分布式光纤测温系统得以实现。
在现代化工业中，许多环境需要温度测量，比如钢铁生产，铸造、化学工业等。
因此，研制一种能在不同环境中稳定、准确地测量温度的光纤测温系统至关重要。
三、主要研究内容本次课题将研究使用光纤传感技术设计和制作一种高效、准确、稳定的光纤温度传感器。
主要研究内容如下：1. 光纤传感器的工作原理和优点。
2. 光纤传感器的制作和安装方式。
3. 分布式光纤测温系统的结构设计以及温度数据采集系统的设计。
4. 光纤温度传感器及系统实验验证。
四、预期结果通过本研究，将会设计制作一种基于光纤传感技术的高效、准确、稳定的光纤温度传感器及其应用系统，实现对不同环境中温度变化的快速准确测量。
同时，本研究将为光纤传感器在未来更广泛的应用提供一定的技术支持。
五、研究方法和思路本研究将按照以下步骤进行：1. 研究光纤传感技术在温度测量中的优点和特点。
2. 研究光纤传感器的制作和安装方式。
3. 设计分布式光纤测温系统的结构，并完成相关电路设计。
4. 对设计的光纤温度传感器及系统进行实验测试。
5. 总结研究结果，提出改进方案。
六、进度安排第一周：调研光纤传感技术在温度测量中的应用。
第二周：光纤传感器的制作和安装方式的研究。
第三周：温度数据采集系统设计。
第四周：完成光纤温度传感器及系统实验测试。
第五周：总结研究结果，提出改进方案。
七、参考文献1. Boxiao Li, Chuanbiao Zhang. Intelligent intrusion detection system based on fiber-optic sensor technology [J]. Journal of Sensors, 2016.2. Haiyan An. Study on temperature measurement system based on fiber optic temperature sensor [J]. Control and Intelligent Systems, 2014.3. Lei Wang, Weiwei Gao. Design and research of distributed fiber optic temperature measurement system [J]. Information Technology, 2017.。
测温光纤原理
测温光纤原理测温光纤是一种利用光纤传感技术进行温度测量的装置。
它利用光纤的光学特性，通过光纤传输光信号，实现对温度的实时监测和测量。
测温光纤原理的核心在于光纤的光学特性和温度与光纤性能的关系。
光纤传感技术是利用光纤的光学特性来实现对物理量的测量。
光纤传感器通常由光源、光纤和光检测器组成。
光源发出光信号，经过光纤传输到被测物体处，被测物体的特性会影响光信号，然后光信号再经过光纤传输回光检测器，最终通过对光信号的分析来获取被测物体的相关信息。
而测温光纤则是利用光纤传感技术来实现对温度的测量。
光纤的光学特性会随温度的变化而发生变化，这种变化可以通过光纤传感技术来实时监测和测量。
光纤传感技术的优势在于可以实现对温度的远程监测和多点测量，适用于各种复杂环境和场合。
测温光纤原理的关键在于光纤的光学特性和温度与光纤性能的关系。
光纤的光学特性主要包括折射率、色散特性、损耗特性等。
而温度对光纤的影响主要表现在光纤的折射率、色散特性和损耗特性上。
当光纤受到温度变化时，其折射率、色散特性和损耗特性会发生相应的变化，从而影响光信号的传输和特性。
基于以上原理，测温光纤可以通过对光信号的变化进行分析，实现对温度的准确测量。
通过合理设计光纤传感器的结构和选用合适的光纤材料，可以实现对不同温度范围的测量，并且具有高精度、高灵敏度和抗干扰能力强的特点。
总之，测温光纤原理是利用光纤传感技术来实现对温度的测量，其核心在于光纤的光学特性和温度与光纤性能的关系。
通过对光信号的变化进行分析，可以实现对温度的实时监测和测量，适用于各种复杂环境和场合。
测温光纤技术在工业、航空航天、医疗等领域具有广阔的应用前景，对于实现对温度的远程监测和多点测量具有重要意义。
光纤测温传感器
10.2.1
半导体光吸收型光纤温度传感器
许多半导体材料在它的红限波长 g （即其禁带宽度对应 的波长）的一段光波长范围内有递减的吸收特性，超过这 一波段范围几乎不产生吸收，这一波段范围称为半导体材 料的吸收端。 例如 GaAs, CdTe 材料的吸收端在0.9 μm 附近，如图10.1(a)所示。
液作为温度敏感探头，并分别采用波长为 655 nm 和 800nm 的光作为敏感信号和参考信号。
10.2.2
热色效应光纤温度传感器
这种温度传感器的组成如图10.4所示。 光源采用卤素灯泡，光进入光纤之前进行斩波调制。探头 外径 1.5mm，长为 10 mm，内充钴盐溶液，两根光纤插入
图10.11示出了信号检测系统的原理框图。采用这样的系
统，在 500℃ ~ 1800℃ 的高温范围内，测温精度高达 0.1％。如果采用光谱校准技术，测温精度可达 0.05％ 。
10.3.3
热辐射光纤高温传感器
图10.11
信号检测系统的原理框图
这个原理的。
热辐射光纤高温传感器
热辐射光纤高温传感器是基于光纤被加热要引起热辐射 接触式热辐射光纤高温传感器通常有两种构成方式：分 布黑体腔和固定黑体腔。 固定黑体腔光纤高温传感器，其构成原理如图10.10所示。
图10.10
固定黑体腔光纤高温传感器的构成原理
10.3.3
式中，t t2 t1
；A是常数； I P (T ) 是停止激励时的荧
(T ) 是荧光余辉寿命， 光峰值强度，t 是温度的函数；
是温度的函数。
式(10.1)表明，I P (T ) 和 (T ) 是两个与温度T 有关的 独立的参数，可用于计量温度。联合使用这两个温度参 数实现温度计量的方法是所谓的余辉强度积分法，即
分布式光纤测温系统技术规范书
分布式光纤测温系统技术规范书一、项目简介供热管网主干为φ630×12无缝钢管，供热运行参数2.1Mpa , 280℃，设计参数2.3Mpa , 280℃。
共有3个分支:雪榕支线（∅273x7）、伊利支线（∅325x8）和华美特支线（∅108x5）。
供热管网长度约6.3公里。
管道主要采取直埋敷设，部分区域架空。
本次配置一套分布式光纤测温泄漏监测系统，利用感温光纤对供热管线进行实时温度监测，通过周围环境温度的变化来对供热管道渗漏状况提供预警和报警信息。
共设1台10km/2通道测温主机和1根感温光纤（共计约10km，其中考虑了机柜放置与厂内的长度余量及主机与热网平台的通讯长度）。
光纤测温主机柜考虑放置于制冷站电子设备间，从制冷站引一路UPS电源为主机柜供电。
二、技术条件（一）本技术规范书规定了本系统实施的工作范围，投标方需负责提供所需的设备、安装、调试、开通验收直至交付业主。
（二）投标方提供的设备必须是一个完整的系统，上述范围不仅应包括说明及图纸所示的主要设备及项目，而且只要是系统正常运行所需用的所有设备、配件均应包括在本次投标范围之内。
（三）投标方需负责系统的开通调试，培训业主的操作及维护人员，并负责一年的免费维修保养。
（免费维修保用期由系统交付业主使用开始，设备生产商对本工程提供最终技术服务的承诺）三、技术参数（一）GIS光纤测温防泄漏报警系统基于业界先进的分布式光纤传感技术，将温度传感光缆沿热力管道直线敷设，实时监测传感光缆中光纤的温度分布情况，当热力管道局部出现温度异常时，分布式光纤传感监测系统能及时捕获这些异常，并定位出异常点的位置信息，同时联动实景视频与地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS），准确地找到管线异常位置对应的实际地理位置，便于管道维护人员及时检修与处理，避免重大事故发生。
光纤检漏系统主要由感温光缆、测温主机、监测软件组成。
分布式光纤测温原理
分布式光纤测温原理
分布式光纤测温原理是基于光纤的光学传感技术，利用光纤的吸收光谱特性进行温度的测量。
具体原理如下：
1. 光纤传感器：在光纤的传感区域内掺入有吸收光谱特性的材料，使得光纤在不同温度下具有不同的光谱响应。
这样，在光纤纵向的位置上就可以通过测量光纤的光谱变化来获得温度信息。
2. 光纤光谱分析：使用光谱分析仪测量经过传感区域的光纤的光谱。
光谱分析仪会将光纤透过的光信号分解成不同波长的光谱分量，并测量相应的光强度。
3. 温度计算：根据光纤传感区域的光谱响应与温度的关系，通过光谱分析仪测得的光强度数据可以反推出对应的温度数值。
这一过程一般通过光谱分析仪内置的算法来完成。
4. 空间分辨率：在分布式光纤测温中，整根光纤就是传感器，因此可以实现很高的空间分辨率。
通过测量光纤上不同位置的光谱，可以实时、连续地获得区域内不同位置的温度分布。
分布式光纤测温原理的优势在于其高精度、高灵敏度和大范围的温度测量能力。
同时，由于光纤本身具有很好的耐高温、耐腐蚀等特性，因此分布式光纤测温技术在一些特殊环境中具有广泛的应用前景，例如火灾预警、油井温度监测等。
光纤测温系统在电解铝行业的应用
光纤测温系统在电解铝行业的应用摘要：我国内电解铝行业规模在最近十年来取得了飞速发展。
槽型和系列规模不断增大，配套装备制造业也紧随其发展逐步跟进，但发展速度和技术水平仍不能满足现阶段电解铝企业对设备精细化和专业化管理需求。
在电解槽日常管理中，槽壳温度监控是一个重要的环节。
目前，电解槽测温主要靠人工利用红外线测温仪对电解槽壳的某些点进行间断性的测量。
这种测温方法存在诸多不足，如电解槽数量多、测温区域庞大，采用这种方法，电解槽的连续多点测量无法实现，不利于测温数据的保存、分析等。
如果能够对电解槽壳温度进行连续、多点在线监测，自动生成每台电解槽壳多点温度曲线，实现槽壳温度阈值报警功能，将会对电解槽工艺参数分析和安全运行提供有力的数据支持。
广泛应用于电力、化工等行业的分布式光纤测温系统将可能满足这个需求。
关键词：光纤测温；电解槽；在线监测一、分布式光纤测温系统的原理光纤传感器是以光纤通信、光谱分析等技术为基础的新型传感器，具有体积小、灵敏度高、抗干扰能力强等优势。
测温系统本身对温度的变化非常敏感，温度的异常变化可能增大测量误差。
因此，分布式光纤测温系统的主机和控制计算机应安装在环境比较稳定的监控室或中心机房中，其中主机的最佳工作温度为10~35 ℃、湿度≤70%。
如果由于特殊情况不能满足以上环境要求。
光纤温度传感器是应用最广泛的光纤传感器之一，具有耐腐蚀、耐高温、抗干扰、结构紧凑、精度高、适合远距离传输等特点，可以满足温度的实时监测要求。
1、分布式光纤温度传感器。
分布式光纤温度传感器是采用若干光纤温度传感器，根据一定的布点规律进行安装测温，得到特定空间区域内的温度分布情况的一种测温技术。
该项技术的主要原理是光波在光纤介质内传输时可以产生后向散射，而散射能量与介质温度有关，通过检测散射光的特性即可算出环境温度值。
在实际应用中，光源通常采用高能量的激光脉冲，注入光纤后，激光会不断产生后向散射，当温度发生改变时，散射的结果也会有所不同，通过光电探测器接收散射光，并经过波分复用、检测解调等处理，由信号处理单元计算出实际的温度值。
光纤温度传感器在温度测量系统中的应用
然界当 中的各种物理量进行有效 的测量 。在构
造上，光纤的成本 比较低 ，有着 比较轻 的质量
而光波频率会发生一定的偏移 ，同时也会在 一 相 符 的 。
定程 度上 转移 能量 ，之后 产生 Ｒ ａ ｍａ ｎ散 热。 ５ 结束语 以及 方便安装的特点 ；同时光纤传感器有着非 而瑞利散射指的主要是光经过激光器进入光 纤 常大的数据传输能力 ，光纤能够对被测 点进行 之后 ，光纤当中存在的离子 以及激光脉冲会 发 综上 所述 ，分布 式光 纤 的运 用还 应该深 实时的测量，能够有效减少信息获取 的成本 。 除此之外，光波信号有着 比较强 的抗干扰 的能 力， 能够很好 的适合高 电压 以及大 电流 的环境 ， 对恶劣环境的适应 能力较强 。 生弹性的一些碰撞 ，在碰撞当 中产生 的一些光 会被进行散射，散射的光所具有 的频率和入射 光是相同的，也就是瑞利后向的散射光。 入研究，特别是在温度测量技术 当中的运用， 还应该通过大量 的试验来进行测 试。光纤本身 具有很多的优点 ，具体有 ：比较 宽的频 带、相 对 比较低的损耗 以及 良好 的传光 性。相 比于比 性。现阶段 ， 分布式 的光纤技术 已经非常成熟 ，
在温 度监 测 系统 中光 纤温度 传感
器 的 实 际运 用 。
２ 对光 纤温度 传感器 的基 本工作 原理进 相关方法来有效调解信 号，得 到需要进 行测量 行分析
的温度值 。温度测 量系 统利用双 通道测 量的相
通常 来讲 ，光纤 温度 传 感器 依靠 的是 光 关方法来得 到相 关的温 度值，会得到精确度更 【 关键词 】光纤温度传感器 温度测量 系统 分 时域的反射技术 ，该技术主要指 的是 当光纤 中 加高 的温度数据 ，同样还 会在 一定程度上有效
光纤感温火灾探测系统方案
光纤感温火灾探测系统方案(电厂) V:1.0 管理制度精选整理光纤感温火灾探测系统方案(电厂)电厂火灾监测系统技术建议书线型光纤感温火灾探测系统深圳市迅捷光通科技有限公司2011年7月光纤感温火灾探测系统方案(电厂)目录一、引言 ........................................... 错误!未定义书签。
二、光纤测温工作原理 ............................... 错误!未定义书签。
三、线型光纤感温火灾探测系统方案 ................... 错误!未定义书签。
1.系统概述 ......................................... 错误!未定义书签。
2.系统组成 ......................................... 错误!未定义书签。
感温光缆 ........................................... 错误!未定义书签。
测温主机 ........................................... 错误!未定义书签。
上位机监控软件 ..................................... 错误!未定义书签。
火灾报警和报警控制器 ............................... 错误!未定义书签。
远程通信模块 ....................................... 错误!未定义书签。
3.系统特点 ......................................... 错误!未定义书签。
四、系统方案设计 ................................... 错误!未定义书签。
五、施工方案 ....................................... 错误!未定义书签。
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2016年6月21日
四合木能源管理有限公司
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PART 01 PART 02 PART 03
光纤传感测温技术介绍 光纤测温产品介绍 电力行业的应用
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PART 01
光纤传感测温技术介绍 光纤测温产品介绍 电力行业的应用
PART 02
PART 03
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不可测温 — 只有火灾 天气、粉尘 带电监测 易受环境影响 不可
红外测温
实时测温 差 多种 天气、粉尘 带电监测 易受环境影响 不可
感烟探测
不可测温 — 只有火灾 天气、粉尘 带电监测 易受环境影响 不可
无线测温
实时测温 高 多种 无 带电监测 易受电磁干扰 可以
光纤测温
实时测温 高 多种 无 无源方式 无环境、电磁干扰 问题 可以
分布式光纤（DTS）传感技术 光纤同时作为传感元件和传输信号介质，结合 OTDR 和光 纤后向拉曼散射强度测量技术，探测光纤铺设沿线温度场 信息。
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准分布式光纤光栅（FBG）传感技术
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光纤光栅的形成
纤芯 9m
+1级
紫 外 激 光
-1级
相位掩模板 光纤
包层 芯层
光 纤 光 栅 精 细 结 构
光 纤 的 材 料 —— 石 英 具 有 极 高 的 化 学稳定性，适宜于恶劣及高危环境。
多点准分布式传感
传感器
易于组网，实现远距离分布式测 量
独特的传感形式
与光纤通信网络天然兼容，实现大范 围、长距离测量。迎合物联网的发展 方向。
光纤传感测温方式
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各种测温方式比较
火焰探测 测温性能 测温精度 报警模式 环境影响 安 全 性 稳 定 性 组网监控
报表
管理
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SIEM-FS-I主机主要技术指标
类型 通道数 每通道可容纳最大传感器数目 报警温度设定范围 温度显示范围 显示分辨率 定温、可差温、可复位功能型 2-14通道(可定制) 16支 50 ℃～85 ℃，参数可现场设置 0℃～100℃ 0.5℃
响应时间
输出信号 设备工作温度 设备工作相对湿度 工作电源 工作电流
＜1S
火灾报警开关信号（24VDC/3A，4路） ⑴ 4-20mA温度模拟信号 ⑵ RS485/232通讯接口 0℃～40 ℃ ≤95％ 220VAC ＜600mA
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SIEM-ST400光栅温度探测器主要指标
中心波长 测温范围 光栅反射率 测温分辨率 测温精度 1525nm到1565nm -40℃～180℃ ≥90%
• 1、系统主机 • 2、软件功能模块
18
S I E M - F S - I 产品外观界面
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SIEM-FS-I系统特点
实现对多处温度信号的提取和传送 实时检测各点传送的波长信息 智能分析和解调波长信息
实时精确显示各处温度
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SIEM-FS-I子架
7U标准机框（482mm×221 mm×263mm） 可安装在19英寸或21英寸的机柜
0.1℃
±0.5℃
封装尺寸
封装形式
35(L)×6(W) ×6(H) mm
绝缘耐压高温导热材质
传感器出线
绝缘耐压高温光纤
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分布式光纤（DTS）测温系统
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什么是分布式光纤(DTS)测温系统
DTS：Distributed Temperature Sensing
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技术原理
“ 光纤就是传感器 ”
设备重量： 8kg
额定输入电压：220V/AC 功耗：≤150W
21插卡单元组成来自PWROCUOSU MTU ODU 4 ODU 3 ODU 2 ODU 1
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SIEM-FS-I软件系统
软件系统构成 Windows操作平台、LABVIEW开发工具 直观图形 多点 报警 数据表格 统计 系统
测温
处理
压力传感器
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光纤光栅传感原理
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PART 01 PART 02
光纤传感测温技术介绍 光纤测温产品介绍 电力行业的应用
PART 03
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SIEM-FS-I 光纤光栅温度传感系统介绍
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SIEM-FS-I系统概述
基于光纤光栅技术的温度传感系统
采用波长编码技术，消除了光源功率波动及系统损耗 的影响，适用于长期监测。 多个光纤光栅组成的温度传感系统，采用一根光缆， 可实现准分布式测量。
标准多模光纤
背向散射光实现每1m的测量
沿着光纤所有点的 测量: 10km 光纤 = 10,000 传感器
1m pulse of light
T9,995
T9,996
T9,997
T9,998
T9,999
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光时域反射(OTDR)原理
原理的简化：光的行程所花的时间——光学雷达
1m
2m
3m
1/100,000,000 seconds = = 1m 2/100,000 3/100,000,000seconds ,000seconds =2m 3m
光纤传感测温优势
本质安全
光纤传感技术基于光学原理，由绝缘 介质构成，适用于易燃、易爆、绝缘 场景。 本质上排除了复杂电气环境的影响， 具有极强的可靠性和稳定性。
抗干扰能力强
测量覆盖范围广
分布式传感
连续感知环境场量
化学性能稳定，使用寿命长
独有的分布及准分布测量特点，适于 大范围线型物体或多点测量。
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SIEM-FS-I工作原理
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SIEM-FS-I系统组成
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SIEM-FS-I产品架构
监测：SIEM-FS-I设备子架 •光传感模块 •光源模块(OSU) •探测器模块(ODU) •波长标定模块(MTU) •数据采集模块(OCU) •电源模块(PWR)
管理：网管主机及软件
栅距～100nm
9m
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光纤光栅传光原理
透射光
栅距d：反射波长l1
入射光
反射光
栅距d+Dd：反射波长l2
光纤光栅是一种选择性通光的光学敏感元件
随着栅距的变化，反射光波长发生相应的变化
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光纤光栅传感器特性
光纤光栅温度/应变特性曲线 应变传感器 温度传感器
加速度传感器
位移传感器
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光纤测温的行业应用
石油石化 隧道交通
1
6
大型桥梁、水 利工程
智能建筑 周界安防
2
5
电力、发 电系统
高速铁路 防灾系统
3
4
大型设备 煤矿
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光纤测温技术
准分布式光纤光栅（FBG）传感技术 基于光纤光栅的传感过程是通过外界物理参量对光纤布 拉格波长的调制来获取传感信息，是一种 波长调制型光 纤传感器。