基于光纤测温系统的温度时空分布模型及应用
分布式光纤测温系统在选煤厂的应用、
分布式光纤测温系统在选煤厂的应用、发布时间：2022-08-10T02:41:19.199Z 来源：《中国电业与能源》2022年6期作者：武亚楠[导读] 选煤厂的供配电系统中，从高低配电室到各车间的设备，会将大量的电力电缆铺设在电缆沟与车间桥架上武亚楠中国煤炭科工集团北京华宇工程有限公司河南平顶山467002摘要：选煤厂的供配电系统中，从高低配电室到各车间的设备，会将大量的电力电缆铺设在电缆沟与车间桥架上，它们彼此间无可避免的会有很多电缆终端头及中间接头产生，这部分电力电缆的安全和选煤厂正常生产存在紧密关系。
若电缆与中间头的过热问题得不到及时的发展与处理，极易导致出现火灾及爆炸等重大安全事故，为了预防及避免出现安全事故，因此在选煤厂会广泛应用火灾监测系统。
鉴于此，文章首先简述分布式光纤测温系统的工作原理、特点及在选煤厂火灾监测系统中的具体应用，旨在可以为业界人士提供有价值的参考和借鉴，进而更好的为行业的稳定健康发展助力。
关键词：分布式；光纤测温系统；选煤厂引言：如果选煤厂电缆出线严重的热故障，会使整个选煤系统被破坏。
如今，大多数选煤厂会有很大的产量，且自动化水平也在不断提升，对电缆有了更多的需求量。
在电缆长度的增加下，也会增加热故障事故的出现几率，而引发电缆热故障的因素很多，主要内因是电缆绝缘内部受热，使绝缘炭化；外因是电缆密集区和电缆隧道等位置的电缆，由于电缆超负荷或散热不佳而导致绝缘快速受损。
电缆绝缘运行中，基于机械、化学和热作用，易导致绝缘介质出现化学与物理变化，进而降低绝缘水平。
电缆包铅制造时留下的砂眼或裂纹等缺陷也会让电缆受潮；电缆中间接头和终端头的绝缘因密封不良或安装过程中受潮而受到影响。
光纤测温防火系统，按照火灾发生和发展中产生的各种迹象，如温度、烟雾、气体等，进而早其发现火灾并能及时扑灭火灾。
选煤厂火灾的分布式监测和早期识别可以最大限度地减少火灾危害和损失，是改变选煤厂火灾安全隐患，预防重大火灾事故发生的关键举措。
基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的分析研究-基础电子
基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的分析研究-基础电子1 引言光纤具有测距，可复用，非破坏性报警，报警温度可调，传感器输出为光信号，抗电磁干扰等优点。
所以现代通信中使用光纤作为信号的传导介质，而在信号的传输过程中，由于温度过高或过低引起的通信中断也时有发生，造成了很大的经济损失，使得对光纤沿线的温度进行实时监测具有很大的实用意义。
基于拉曼散射的分布式光纤测温技术，是近十几年来迅速发展的新型测温技术。
利用光纤作为温度信息的传感和传输介质。
随着光纤的增长，测量点数的增加，单位信息的获取成本大大降低，这是分布式光纤温度传感器相对于其他温度传感器的显著优点。
在数据采集和处理方面，通过改善分布式光纤测温系统的信号处理方式，来提高整个系统的测温精度和空间定位精度。
能使分布式光纤测温系统实现真正的分布式测量，完成准确测量、实时测量，从而真正发挥其巨大的实际运用作用。
2 温度测量原理当激光脉冲在光纤中传输的过程中与光纤分子相互作用，发生多种形式的散射，有瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射。
这里提出的光纤测温原理是依据背向拉曼散射的温度效应。
由于瑞利散射对温度不敏感；布里渊散射对温度和应力都敏感，容易受外界环境干扰，影响测量的准确度；拉曼散射效应可以用入射光与散射介质的相互作用、能量转移加以解释，入射光与散射介质发生非弹性碰撞，在相互作用时，入射光可以放出或吸收一个与散射介质分子振动相关的高频声子，称作为斯托克斯光(Stokes)或反斯托克斯光(Anti—Stokes)。
长波一侧波长为λs(λs=λo+△λ)的谱线称为斯托克斯线(stokes)，短波一侧波长为λa(λa=λo一△λ)的谱线称为反斯托克斯线，其中斯托克斯光与温度无关，而反斯托克斯光的强度则随温度变化。
测量入射光和反射光之间的时间差，可得发射散射光的位置距入射端的距离，这样就实现了分布式的测量。
3 测温系统的方案设计3．1 光纤分布式测温的实现过程在同步控制单元的触发下，光发射机产生一大电流脉冲，该脉冲驱动半导体激光器产生大功率的光脉冲，并注入激光器尾纤中，从激光器尾纤输出的光脉冲要经过光路耦合器后进入一段放置在恒温槽中的光纤，这一段光纤用于系统标定温度，然后进入传感光纤。
光纤测温系统方案
光纤测温系统方案1. 引言光纤测温是一种通过光纤传感器实时测量温度的技术。
它在工业、科研和安全等领域都有广泛的应用。
本文将介绍光纤测温系统的基本原理、设计方案和应用案例。
2. 原理光纤测温系统基于光纤传感器的工作原理，通过利用光纤的光学特性实现温度测量。
光纤传感器是通过在光纤中引入一种对温度敏感的材料，当材料受到热胀冷缩或热导率改变等影响时，会导致光纤本身的光学特性发生变化。
通过测量光纤传感器光学特性的变化，可以推算出温度值。
3. 设计方案光纤测温系统的设计方案包括传感器的选择、信号采集和处理、以及数据显示和存储等部分。
3.1 传感器选择传感器是光纤测温系统的核心组成部分，选择合适的传感器对系统的测温准确性和稳定性至关重要。
常见的光纤传感器包括光纤布拉格光栅传感器和光纤拉曼散射传感器。
根据具体的应用需求选择合适的传感器类型。
3.2 信号采集和处理光纤传感器采集到的光学信号需要经过适当的处理才能得到温度值。
典型的处理方法包括光谱分析、频率调制和光强测量等。
根据传感器的特性和测量要求选择合适的信号处理方法，并设计相应的电路和算法实现信号的采集和处理。
3.3 数据显示和存储光纤测温系统需要将测量到的温度数据进行显示和存储。
可以使用液晶显示屏或计算机界面显示温度数据，并利用存储设备如硬盘或SD卡等保存数据。
在设计数据存储方案时，需要考虑数据量、存储空间和数据安全等因素。
4. 应用案例光纤测温系统在很多领域都有广泛的应用。
以下是几个常见的应用案例：4.1 工业控制光纤测温系统可以在工业过程中实时测量温度，用于监控和控制生产过程。
它可以帮助调整工艺参数，提高生产效率和产品质量。
4.2 石油化工在石油化工领域，光纤测温系统可以用于实时监测和控制管道温度、储罐温度等。
它可以帮助预防事故和保障设备安全运行。
4.3 动力系统在动力系统中，光纤测温系统可用于监测发电机、变压器和输电线路等的温度。
基于测得的温度数据，可以优化系统运行并提前发现故障。
光纤测温在储能系统中的应用
光纤测温在储能系统中的应用光纤测温技术是一种基于光学原理的温度测量方法，通过在光纤中注入激光光源并监测光信号的变化，可以实时、连续地测量光纤周围的温度变化。
光纤测温技术具有高精度、远距离、耐高温等优点，因此在储能系统中有广泛的应用。
光纤测温技术可以应用于储能系统的温度监测和故障诊断。
储能系统中温度的变化对其性能和寿命具有重要影响。
通过在储能系统中布置光纤传感器，可以实时监测锂离子电池组、储能变压器等关键部件的温度变化，及时发现温度异常，避免过热或过冷引起的安全隐患。
同时，通过对光纤传感器数据的采集和分析，可以进行温度场分布的研究，为储能系统的优化设计提供参考。
光纤测温技术还可以应用于储能系统的热管理。
光纤传感器可以被布置在储能系统的热点部位，如电池组等，实时监测温度变化。
通过与温度监测系统相连，可以及时掌握温度情况，根据实时数据进行动态控制，调整热管理系统的运行状态，提高能效和安全性。
例如，当温度超过一定阈值时，可以自动启动风扇、冷却系统等进行散热，避免过热导致的损坏或事故发生。
此外，光纤测温技术还可以应用于储能系统的负荷预测和优化。
通过监测光纤传感器采集的温度数据，并结合其他监测数据，如电压、电流等，可以建立数学模型，实现对储能系统状态的实时监测和预测。
通过对温度数据的分析，可以了解储能系统在不同负荷下的温度变化特性，为负荷预测和系统优化提供参考。
基于光纤测温技术的系统优化能够提高储能系统的效率，延长其使用寿命。
总之，光纤测温技术在储能系统中具有广泛的应用前景。
通过实时、连续地监测和分析温度数据，可以提高储能系统的安全性、可靠性和效率性，为储能系统的设计、优化和运维提供重要的技术支持。
基于光纤温度传感技术的温度监测系统
基于光纤温度传感技术的温度监测系统作者：游德智来源：《电脑知识与技术》2013年第35期摘要：介绍了基于光纤的温度测量系统的工作原理，对系统的构成进行了阐述。
关键词：光纤；温度；监测中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）35-8138-02温度监测方法通常分为非接触式测温法和接触式测温法两大类。
非接触式测温法的特点是感温元件不与被测对象相接触，通过辐射进行热交换，由于受物体的发射率、被测对象到仪表间的距离及烟尘、水汽等其他介质的影响，这种测温方法一般误差较大。
接触式测温法是测温元件直接与被测对象接触，两者间进行充分的热交换，最后达到热平衡，用感温元件的某一物理参数的量值表征被测对象的温度值，其特点是直观可靠，测量范围广，测量精度相对较高。
分布式光纤测温技术是接触式测温法的一种。
光纤内传送的是光信号，有良好的抗射频干扰和抗电磁干扰的特点，耐高电压和强电磁场，耐电离辐射，并且光缆还具有阻燃、防爆、耐腐蚀等优点，即使在比较恶劣的有害环境中也能对被测对象的温度进行实时检测，监测其变化。
对于温度异常的位置能及时发现，并给出准确的报警。
1 光纤温度传感系统工作原理分布式光纤温度传感是一种用于实时测量空间温度场分布的新技术，对光纤沿线地点的温度进行分布连续检测，以光纤作为温度传感器，依据光纤的光时域反射（OTDR： Optical Time Domain Reflectometry）原理以及光纤的背向拉曼散射（Raman Scattering）温度效应。
在光纤中，光信号传输到光纤内的任意位置，都会产生拉曼散射光。
拉曼散射光在光纤内的整个空间角内是均匀分布的，其中一部分拉曼散射光会沿光纤传送路径向光源处传播，称为背向拉曼散射光。
光探测单元接收并分别滤出Anti-Stokes 光和Stokes光，只要计算出这两种光的强度比，就可以计算出反射点的温度。
分布式光纤温度传感系统由脉冲激光器、滤波器件、多通道切换设备、高速数据处理单元、高速数据采集系统和光电转换电路等组成，如图1所示。
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的设计与实现
西南大学毕业论文题目：分布式光纤测温系统的设计与实现专业：电子信息工程技术班级：一班学生姓名：杨杰指导教师：谢熹摘要以光纤通信和光纤传感技术为代表的信息技术和传感技术在20世纪后半叶至今的几十年里R新月异，极大地推动了人类社会的进步。
与其他传感器相比，光纤作为一种新型的传感器件有其独特的优势。
它抗电磁，耐高温，对温度、应变等外界变化敏感，而且价格便宜，容易获取，可以形成分布式的线测量甚至是场测量。
因此光纤传感在最近几年的到快速发展．将应用于更广的范围。
分布式光纤测温系统的信号采集、数据处理，以及后台软件的编写占系统成本的绝大部分。
它的检测精度和速度决定了整个系统的测量精度，空问分辨率，采集速度以及最后的请求响应时间。
如何提高系统各个部分的处理速度，协调好数据传输，成为分布式光纤铡温系统的关键。
论文提出了一种基于嵌入式的利用光纤拉曼散射原理的分布式测温解调方案。
由于传感距离长，使得系统可以进行场式的温度测量，可以全面的获得空间式的3维温度模型，满足大型工程传感网络的实时监测。
论文详细介绍了嵌入式光纤传感分布测温系统的光路设计，硬件电路设计和软件设计。
光路设计包括：在嵌入式主机的控制下利用激光源和脉冲调整器形成固定周期的脉冲光，作为光纤传感器的激励信号；使用3dB耦合器对激励光进行分束，传入光纤传感器，散射拉曼光回传经过耦合器进入分光系统，只有固定频率的Stokes光和Anti ．Stokes光透过分光系统；两束光分别进入光电探测器( PD) ，完成光电转换过程。
系统中各个模块间的同步由硬件电路控制，主控芯片为TI公司的双核微处理器。
0M AP5912对FPG A模块发出采集控制信号，FPG 巩负责控制与脉冲调制器间的同步，计时，同时触发AD采集。
采集结束，FPG A发出中断，通知采集过程结束。
O M AP5912发出传输数据指令，将外接RAM 中的数据读入DSP进行数据处理。
在DSP中对数据进行小波变换多分辨分析对采样的数字量进行降噪处理，消除传输和测量过程中的各种噪音和随机干扰。
光纤分布式测温原理
光纤分布式测温原理
光纤分布式测温原理的详细介绍如下：
光纤分布式测温技术是一种基于拉曼散射效应的温度测量方法，主要利用了光纤的能量传递特性。
其原理是通过光纤在测量过程中的散射信号来推断温度的分布。
具体而言，光纤分布式测温系统通过在一段光纤中注入强光激光束，并且检测散射光的拉曼频移信号。
由于温度的变化会影响光纤的折射率，进而改变拉曼频移信号的频率。
因此，通过测量散射光的频谱，可以获得温度变化的信息。
光纤分布式测温系统还会在光纤上分布许多测温点，以实现对整个系统进行高精度测温。
每个测温点的位置可以通过光纤布设的方式来确定，并且可以根据需要进行调整。
在实际应用中，光纤分布式测温系统可以用于各种环境下的温度测量，包括石油、化工、电力等行业。
它具有高灵敏度、高精度、抗干扰能力强等优点，可实现对温度变化的实时监测和精确测量。
总而言之，光纤分布式测温原理是基于光纤的拉曼散射效应，利用纤维中散射光的频率变化来推断温度的分布。
它是一种高精度、高灵敏度的温度测量技术，具有广泛的应用前景。
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到 ，由 式 （２）可 得 温 度 值 的 计 算 公 式 ：
数 的 处 理 方 法 ，并 结 合 施 工 期 大 体 积 混 凝 土 热 传 导 理 论 ，将 周 期 项 函 数 、顺 河 向 和 垂 直 向 坐 标 及 指 数 函 数 进 行
组合，建立了施工期大坝温度场时空分布模型。结合西 南 某 在 建 混 凝 土 坝 工 程 的 分 布 式 光 纤 测 温 资 料 ，回 归
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水 电 能 源 科 学 ２０１２ 年
为光纤的折射率。
反 射 到 入 射 端 的 Ｒａｍａｎ 散 射 光 中 包 含
Ｓｔｏｋｅｓ光和 Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光。Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光对温
度较敏感，强 度 受 温 度 影 响，而 Ｓｔｏｋｅｓ光 与 温 度
关 键 词 ：施 工 期 ；分 布 式 光 纤 测 温 系 统 ；时 空 分 布 模 型 ；温 度 场 重 构
中 图 分 类 号 ：ＴＶ６９８．１；ＴＶ４３１
文 献 标 志 码 ：Ａ
在大坝混凝 土 结 构 中，温 控 不 当 是 混 凝 土 产 生裂缝的重要 原 因［１］，因 此 坝 体 内 部 实 际 的 温 度 分布状态应 予 以 关 注。 目 前，分 析 坝 体 内 温 度 分 布一般采用两种 方 法：① 通 过 混 凝 土 大 坝 内 埋 设 的温度计实 测 温 度 重 构 温 度 场。 基 于 离 散、零 星 的电阻式温度 计 测 温 重 构 温 度 场［２］，因 测 温 数 据 少而使重构温度场与实际温度场有较大出入。② 通过温度场仿真分析来获得计算温度场。由于进 行温度场仿真分 析 时，混 凝 土 计 算 模 型 一 般 假 设 为各向同性热 传 导 材 料［１］，在 施 工 期 一 般 不 考 虑 混凝土水化度 对 温 度 历 时 曲 线 的 影 响［３］，运 行 期 不考虑温度 场 和 渗 流 场 的 耦 合 效 应 等 ［４］ ，因 此 仿 真计算温度场与实际温度场存在一定差异。分布 式光纤具有线监 测 和 实 时 在 线 监 测 的 优 势，只 需 将 分 布 式 光 纤 埋 设 在 混 凝 土 浇 筑 仓 内 ，即 可 快 速 、 连 续 地 监 测 光 纤 传 感 网 络 沿 程 的 温 度 值 ，可 直 观 、 方便地分析混凝土坝体内部温度的变化规律。光 纤 测 温 作 为 一 个 系 统 工 程 ，具 有 测 点 多 （线 测 温 ）、 精度高、实 时 性 高、可 靠 性 高 的 特 点 。 ［５，６］ 为 此， 本文结合西南某建设中的混凝土坝典型坝段分布 式光纤测温资料，探 讨 了 混 凝 土 坝 施 工 期 温 度 场 重 构 规 律 ，效 果 较 好 。
的时间差 Ｔ，散射光的发射点距入射端的距离为：
Ｘ ＝ ＣＴ／２
（１）
其中
Ｃ ＝ Ｃ０／Ｎ
式中，Ｃ 为光纤中 的 光 速；Ｃ０ 为 真 空 中 的 光 速；Ｎ
收 稿 日 期 ：２０１２－０３－０５，修 回 日 期 ：２０１２－０４－１２ 基金项目：国家自然科学基金资助项目（５１０７９０７９）；三峡大学基金资助项目（ＫＪ２０１０Ｂ００３）；三峡大学 研 究 生 科 研 创 新 基 金 资 助 项 目 （２０１１ＣＸ００８） 作者简介：高祥泽（１９８８－），男，硕士研究生，研究方向 为 大 体 积 混 凝 土 温 度 场 仿 真 与 温 度 控 制 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｇａｏ－ｘｉａｎｇ－ｚｅ ＠１６３．ｃｏｍ
（１．三峡大学 水利与环境学院，湖北 宜昌 ４４３００２；２．中国长江三峡集团公司，湖北 宜昌 ４４３００２）
Hale Waihona Puke 摘要：针对混凝土坝温度场仿真分析的局限性及采用离散、零星的电阻式温度计实测温度重构 温 度 场 时 精 度
较差的问题，探讨了基于分布式光纤测温方法对混凝 土 坝 施 工 期 温 度 场 进 行 重 构 。从 场 理 论 出 发，应 用 幂 级
１ 分布式光纤测温系统基本原理
分 布 式 光 纤 测 温 系 统 （ＤＴＳ）是 一 种 自 动 化 的 监 测 系 统 ，通 常 由 激 光 光 源 、传 感 光 纤 和 检 测 单 元 组成。系统原理是利用光在光纤中传输产生的后 向散射，原理示 意 图 见 图 １。 图 中，λａｓ、λｓ、λ０ 分 别 为 Ａｎｔｉ Ｓｔｏｋｅ、Ｓｔｏｋｅｓ，瑞利光对应波长。
确 定 了 所 建 温 度 场 时 空 分 布 模 型 的 系 数 。 实 例 应 用 表 明 ，基 于 分 布 式 光 纤 测 温 建 立 的 施 工 期 大 坝 温 度 场 时 空
分 布 模 型 的 拟 合 精 度 及 中 短 期 预 测 效 果 较 好 ，真 实 反 映 了 大 坝 混 凝 土 的 温 度 状 态 。
第３０卷 第８期 ２ ０ １ ２ 年 ８ 月
文 章 编 号 ：１０００－７７０９（２０１２）０８－００６７－０４
水 电 能 源 科 学 Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．８ Ａｕｇ．２ ０ １ ２
基于光纤测温系统的温度时空分布模型及应用
高 祥 泽１，周 宜 红１，黄 耀 英１，王 利 杰１，周 绍 武２，王 军１
图 １ 光 纤 测 温 原 理 示 意 图
Ｆｉｇ．１ Ｓｃｈｅｍｉａｔｉｃ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ
ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ
通 过 光 时 域 反 射 原 理 （ＯＴＤＲ）可 对 光 纤 沿 程
测温点进行精确定位。测量入射端与反射光之间
无关。两者比值与温度的关系为：
ｌａｓ／ｌｓ ＝ａｅｘｐ［－ （ｈＣ０ｖ／ｋｔ０）］
（２）
式中，ｌａｓ为 Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光；ｌｓ 为Ｓｔｏｋｅｓ光；ａ 为温
度相关系数；ｈ 为普朗克系数，Ｊ·ｓ；ｖ 为拉曼平移
量，ｍ－１；ｋ为玻尔兹曼常数，Ｊ／ｋ；ｔ０ 为绝对温度值。
Ａｎｔｉ－Ｓｔｏｋｅｓ光 与 Ｓｔｏｋｅｓ 光 之 比 可 实 测 得