拉曼型分布式光纤传感器DTS.
分布式光纤泄漏监测系统(DTS)在热力管道敷设施工中的应用
Science and Technology &Innovation ┃科技与创新2020年第19期·53·文章编号：2095－6835（2020）19－0053－02分布式光纤泄漏监测系统（DTS ）在热力管道敷设施工中的应用邱华伟，李广山，胡春峰，王梓涵，邱晓霞，邱秀娟（唐山兴邦管道工程设备有限公司，河北唐山064100）摘要：对分布式光纤泄漏监测系统的监测原理、敷设施工要点方法、设备物料配置等方面进行总结，对光纤敷设施工提出建议，为今后泄漏监测系统在热力管道中高质量施工的应用积累经验，以更好地监测热力管道的安全运行。
关键词：光纤敷设；布线施工；泄漏监测；热力管道中图分类号：TU995.3文献标志码：ADOI ：10.15913/ki.kjycx.2020.19.019近些年城镇集中供热供冷预制保温管道在中国飞速发展，得到广泛的应用，管道泄漏检测显然是维护活动的重要组成部分，且一直是一项艰巨的任务。
大多数情况下，需要对管道进行现场检查，发现泄漏点。
在过去的几年里，使用光纤的分布式温度监测技术已经证明是检测和定位管道泄漏的有效方法，通过使用光时域反射测量（OTDR ）的技术进行定位。
光缆作为温度传感的媒介，如何合理地布放施工，针对各个特殊地形地段如何更好更有效地敷设，保证布放施工质量是光纤测温精度的基础，也是后期高效使用的重中之重，并且该项目已经获得国家重点研发计划资助——“科技助力经济2020”重点专项（编号：SQ2020YFF0422268）。
1分布式光纤泄漏监测系统原理DTS 光纤分布式管道监测系统采用光纤作为传感器，通过监测管道外部的温度变化，实现对管道泄漏点的发现。
DTS 光纤分布式管道监测系统主要应用的原理是拉曼效应。
拉曼散射光是由热影响的分子振动引起的，背散射光携带关于散射发生的局部温度的信息。
事实上，拉曼背散射光有2个频移分量：斯托克斯分量和反斯托克斯分量。
DTS在电缆测温及载流量分析上的应用
DTS-2000分布式光纤温度监测系统设计手册（在电缆测温和载流量监测中的应用）聚光科技（杭州）有限公司目录1DTS技术概述 (3)2DTS在电网中的应用 (3)2.1应用背景 (3)2.2DTS产品的适用性 (5)3DTS-2000产品介绍 (6)3.1DTS-2000技术原理 (6)3.2DTS-2000产品组成 (7)3.3.1机柜部分 (7)3.3.2感温光缆 (8)3.3.3软件平台 (9)3.3产品技术参数 (14)4工程施工方式 (15)1DTS技术概述DTS是Distributed temperature sensing（分布式温度传感）的简称。
相对于传统点式温度传感器而言，分布式温度传感可以实现单传感器对线型区域甚至面型区域的检测。
DTS技术是利用某些特殊的光波在光纤中传播时光波会携带沿途各点的温度信息这一技术原理，结合微弱光信号探测、超高速信号监测等技术手段实现的，具有了精度高、稳定性强、寿命长等特点，是温度传感领域的发展趋势之一。
自从DTS技术于1986年首次投入商业化运作以来，该项技术被广泛应用于众多需要确保安全可靠运作的领域，包括高压动力电缆的温度分布监测、加工厂热点探测与定位、低温气体储存罐漏气点的探测，和沿生产油井的温度分布监测等领域，可以说国民经济体系中所有跟温度相关的行业都可以看到DTS的应用。
尤其是在电网中，DTS正逐渐成为电缆载流量监测、电缆隧道火情监测等方面的常规手段。
2DTS在电网中的应用2.1应用背景电网中电力电缆的工作温度是非常重要的电力系统运行参数，这个参数直接关系到系统是否可以长期安全、可靠运行。
通常来讲，要保障电力电缆正常运行，需要控制电缆芯表面的温度不能超过电缆绝缘层的耐受温度。
如果电缆芯表面温度超过绝缘层耐受温度，轻则引起绝缘层的慢性老化，久而久之引起火灾甚至爆炸，重则在很短的时间内引起火灾，导致线路烧坏和大范围断电。
无论那种情况，最终的结果都是线路损毁和大面积停电导致的重大财产损失。
拉曼散射分布式光纤温度传感器的设计
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拉 曼散 射 分 布式 光
度传 感 器 的设 计
４ ０７ ３ ０ ０）
林 玉 兰 陈 永 泰
（ 武汉理工 大学 信息工 程学 院 武 汉
摘 要
文章论述了基于反斯托克斯 ／斯托克斯比值的分布式光纤温度传感器系统，对其信号处理技术
分布式光纤传感技术的分类
分布式光纤传感技术的分类一分布式光纤传感监测系统原理光的传播有一种叫做闪射现象。
闪射：当光束通过不均匀媒质时，部分光束将偏离原来方向而分散传播，从侧向也可以看到光的现象，叫做光的散射。
然后光的散射可以分成弹性散射跟非弹性散射。
弹性闪射主要有瑞利散射和米氏散射；非弹性散射包括布里渊散射，拉曼散射，康普顿散射等。
而分布式光纤传感监测系统，是采用不同的散射实现的，有基于拉曼光谱（Raman spectra），布里渊散射，瑞利散射等。
二分布式光纤传感监测系统分类分布式光纤有几种类型，经常看到的有DTS分布式光纤测温、DVS分布式光纤、DAS分布式光纤声波监测系统。
1. DVS防区型是通过划分防区进行监测的，而且当某个位置入侵后不能准确定位到具体位置，只能知道在某个防区，所以划分防区就很重要。
我们一般建议是50m-200m 一个防区，总防区一般为16个以内。
这样就能快速的定位到入侵位置（因为距离比较短）。
主要用在一些建筑的周届安防上，而且安装比较复杂，不能应用于长距离传输，价格不贵，当长距离定位型的DVS 价格降下来后，防区型的DVS慢慢没有优势了。
2. 分布式光纤振动传感系统（DVS）根据振动进行测量的，基于瑞利后向干涉；定位精度，跟监测距离长度是2个比较重要的指标；目前国内领先水平是40km左右,定位精度在5米这样，再高的距离到50KM,60KM，相比于防区型，DVS能够准确的定位出入侵位置，所以定位精度很重要。
目前该系统功能完善，可提供用户需要的功能。
可视化报警显示：提供形象的可视化显示界面，通过图形组态模块将光纤位置映射到图像上，一旦某点发生入侵事故，报警信息直接显示在图像上，形象直观。
振动曲线显示：系统可以实时显示整个光缆的振动信号分布曲线，当某处振动信号应变异常时，通过曲线可以显示该处实时信息分区/ 分级事件报警：提供多种灵活的报警方式，报警参数可以分级、分区域设置。
历史统计分析：提供历史振动数据统计分析功能，包括：a. 某时刻光缆不同位置的振动分布曲线b. 某时段光缆某点的振动变化曲线3. 分布式光纤声波监测系统（DAS）该系统检测声音，原理是基于振动测量；跟DVS的区别是DAS相位解调，能线性还原声音，DVS没有相位调解，无法还原声音；在能源，石油，燃气管道等等场景中开始使用。
分布式光纤传感器
φ-OTDR扰动定位
φ-OTDR灵敏度高并且可 以实现多点扰动定位，但 是由于对激光器线宽要求 很高(kHz)，导致成本很 高。 图4 φ-OTDR扰动定位
COTDR相干检测扰动定位
通过相干检测技术可以大幅 度提高φ-OTDR的信噪比， 通过相干技术实现φ-OTDR 解调的方法叫做COTDR，其 系统搭建图如下所示。 图5 相干检测OTDR
布里渊散射的频移分量由声波产生的移动光栅引 起，光栅以声速在光纤中传播，且声速与光纤温 度和应力有关，两个布里渊频移分量均携带光纤 局部温度与应力信息。
散射光的布里渊频移随温 度和应力的变化见图1的散 射图谱。点击进入散射光 谱图
BOTDR应变测量 原理图
布里渊频移与温度和应变的 线性关系。 图11 布里渊频移与温度、应 力的线性关系 图12 BOTDR应变测量原理图
分布式传感器可以准确测量光 纤沿线上任意一点上的应力、 温度、振动等信息。
光纤中的散射信号
光纤中的散射信号主要包括三类：
瑞利散射，由折射率起伏引起； 拉曼散射，由光学声子引起； 布里渊散射，由声学声子引起。
其散射光谱图入下：
图1 散射光谱图
OTDR技术
散射类光纤传感主要运用OTDR技术实现，此技术通过 向光纤中注入光脉冲并接收光纤内的后向散射光实现 传感，外部事件会对后向散射光的幅度、相位、波长
到的应变差值曲线，若其中的应变值超出了设定的警戒值，即触发报警。
02 图14 光缆的固定
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式 处
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光 加
副
纤 标
题
传 感 器
分布式光纤传感器
光纤周界安防系统主要基于分布式光纤振动传感器。将光纤固定于需要传 感的围栏上，当有外界入侵时，光纤中的传感信号受到入侵信号的调制而 发生变化，通过分析这个变化就得到入侵的具体位置，从而实现分布式入 侵检测。
分布式温度传感(DTS)系统
LINEAR OPTICAL SENSORS LIOS Technology GmbH . Cologne . Germany
北京恒钜工程技术有限公司
Tel:8610 82563248 82893258 Fax: 8610 82893567
z 可调安全激光光源 z 光过滤及接收器 z 数字信号处理器 z 供电系统 z 可选通讯模块
控制器可通过标准电信插头与最多8条测量光纤连接。反向散射拉曼光被光谱过滤并通过光子 探测和放大器转化为电信号。信号混合及频率过滤可获得高信噪比，数字信号的傅立叶变换产 生了斯托克斯和反斯托克斯拉曼反向散射的分布图。通过专利的标定算法，以及两个信号通道 的比率，从而计算出分布在光纤上的温度。
1
高稳定性及工业可靠性
半导体激光二极管已通过TELCORDIA GR-468标准的全面测试，能实现平均寿命大于25年的 电信标准。整套系统已通过不同独立国际机构的评估，如VDS，德国财产保险协会，EMC， 也通过了加速老化环境中的耐性测试。上千套的应用数据也证明了控制器独特的高稳定性。
系统设计
OTS控制采用模块化设计，如下：
后备电池事件记录，包括全部报警、事件、错误信息及测量统计，可通 过CHARON_02检索。
≤ 128 ≤ 640 最大/ 最小温度， 3个不同温度梯度，热/冷点及延迟，每个区域可分别 设置。
0°C to 40°C -30°C to 70°C < 95%
可更换 连接尾纤前清洁
IP30 EN 61000-6-2:2001 (Immunity for industrial environments) EN 61326:1997 +A1:1998 +A2:2001 EN 61000-3-2:2000 EN 60825-1:2007
dts 解调的原理
dts 解调的原理
DTS（分布式温度传感系统）主要利用光在光纤中传输时产生的背向拉曼散射光对温度比较敏感的特性进行温度检测。
当脉冲激光器发出的光在光纤中传输时，光与光纤分子相互作用，产生拉曼散射光。
这是光子吸收或释放光学声子的过程。
光纤振动能级的粒子数分布对应了拉曼散射光的强度，而这个分布服从玻尔兹曼规律。
因此，拉曼散射光强度与光纤所处的温度环境有关。
特别是反斯托克斯拉曼散射光强度随温度的变化非常明显，而斯托克斯拉曼散射光强度的变化较小。
以上信息仅供参考，如有需要，建议查阅专业书籍或咨询专业人士。
分布式光纤温度测量 DTS
分布式光纤温度测量分布式光纤温度测量系统(DTS)是通过光纤作为传感器来测量温度的光学仪器。
光纤沿线的温度不仅仅是以点的形式，而是作为连续分布地被测录。
即使是远距离外的某点温度也能被精确测量。
测量原理—拉曼效应各类物理方面的条件，比如温度或压力以及拉力，可能会影响玻璃纤维以及改变当地光纤中光传输的特性。
作为散射光在石英玻璃纤维中衰减的结果，外部物理影响的位置可以被确定，由此光纤可以被用作为线性传感器。
光纤是由混合石英玻璃制成的。
石英玻璃是无定形固体结构二氧化硅（SiO2）的一种存在形式。
热效应会引发固体内的晶格振荡。
当光落在这些被热量激发的分子振荡时，光粒子和分子电子之间会发生相互作用。
光散射，也被称为拉曼散射，会发生在光纤上。
与其他光不用，散射光经历了一个量相当于晶格振荡的共振频率的光谱变化。
因此，从光纤散射回来的光包含三种不同的光谱股：▪波长等同于原激光源的瑞利散射，▪具有较高波长的斯托克斯线，光子在其中生成，▪以及具有比瑞利散射更低波长的反斯托克斯线，光子在其中被摧毁。
所谓反斯托克斯带的强度是随温度变化的，而斯托克斯带的强度则与温度无关。
光纤的局部温度可由斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比推测得出。
测量原理 -- 光频域反射技术最新的分布式温度传感设备（DTS）都使用光频域反射（OFDR）方法。
如果被检测到的回波信号在整个测量时间段内被测算为复杂的频率函数，且满足傅里叶变换时，光频域反射系统（OFDR）将提供局部光纤的信息。
光频域反射技术带来的基本优势在于激光发射的准连续播模式以及光散射回来信号的窄带侦测，以此实现更高的信噪比，相对于传统的脉冲技术（OTDR）来说。
此项技术优势使得不昂贵的半导体激光二极管和信号电子零件的运用成为可能。
光频域反射已经发展成为一个可以测量长度仅为几毫米尺寸的光学波导的表征的高分辨率测量方法。
然而，LIOS技术有限公司将其率先运用于拉曼散射测量方式中，同时也是公司的专利。
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性能指标
技术性能
光纤类型多模光纤单模光纤可选
测量距离10km①
空间分辨率0.5m①
取样分辨率0.25m
采样时间5s①
温度测量范围-190℃~700℃②
温度测量精度1℃(全程
温度分辨率0.1℃③
测量通道8
一般规格
ห้องสมุดไป่ตู้光纤接头FC/APC
工作电源220VAC50Hz,100W
测量原理
拉曼型分布式光纤传感器DTS的温度测量基于自发拉曼Raman散射效应。大功率窄脉宽激光脉冲入射到传感光纤后,激光与光纤分子相互作用,产生极其微弱的背向散射光,包括温度不敏感的斯托克斯Stokes光和温度敏感的反斯托克斯Anti-stokes光,两者波长不一样,经波分复用器WF分离后由高灵敏的探测器APD探测,根据两者的光强比值可计算出温度。而位置的确定是基于光时域反射OTDR技术,利用高速数据采集测量散射信号的回波时间即可确定散射信号所对应的光纤位置。
技术优势
•连续分布式温度测量,无测量盲区•光纤即为传感器,可抗干扰
•测量距离长•可精确定位
•测量速度快•本质安全,适于易燃易爆环境下长
期工作
•测量稳定可靠,误报率低•光纤寿命长,几十年免维护
性能特点
•测量距离:10km•空间分辨率:0.5m—10m
•取样分辨率:0.25m—1m•测量时间:5s
•测量精度:1℃•友好的用户软件,提供可视化界面•提供单模光纤版本
操作温度-10℃~50℃
存储温度-20℃~60℃
通信接口Ethernet,USB,RS232,Relays存储空间160GB or more
尺寸(W×D×H482.6×58.4×133.5mm(19"rack重量15kg
拉曼型分布式光纤传感器DTS
拉曼型分布式光纤传感器DTS描述:
产品简介
拉曼型分布式光纤传感器DTS是国内外应用较成熟的分布式光纤测温技术,利用自发拉曼散射效应和光时域反射技术实时获得沿光纤分布的温度信息,结合智能火灾判断算法,可及时预警火灾隐患,并精确定位火灾发生位置。
诺驰光电的DTS产品采用模块化设计,可靠性高;同时凭借高速微弱信号处理技术优势,实现0.5m空间分辨率,技术指标国内领先。诺驰光电可提供基于多模光纤和单模光纤的DTS,尤其适合高压电缆在线监测、电力载流量分析、交通隧道火情监测、油气储罐火情监测、输煤皮带火情监测、大坝渗漏监测应用。