电缆夹层分布式方案.doc

电缆夹层分布式光纤感温火灾报警系统 北京奥普智信光科技术有限公司2016年09月 目 录1概述12分布式线型光纤温度监测系统设计原理12.1调制方法：32.2解调方法：32.3在时域里，Raman OTDR曲线43分布式线型光纤测温系统详细技术指标和特点53.1分布式线型光纤感温火灾探测器主机技术指标53.2感温光缆技术参数53.3计算机中心（网络及系统管理软件）（选配）63.4分布式线型光纤测温系统的特点74感温光缆安装位置75 材料清单71概述分布式线型光纤温度监测系统（DTS）主要是一种时域分布式线型光纤监测系统，它的技术基础是光时域反射技术OTDR，是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里到几十公里范围，空间定位精度达到米的量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的场合，它具有精度高、数据传输及读取速度快、自适应性能好等优点。系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速线性测温并定位, 是光机电、计算机一体化技术的集成。分布式线型光纤温度监测系统是一种用于实时测量空间温度场的传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的拉曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后实时地显示光纤所在空间的温度值（类似于光通信系统）；利用光时域反射（OTDR）技术，由光纤中的光传播速度和背向光回波时间，能对所测各温度点定位（类似于光雷达系统）。由于系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速线性测温并定位，具有程控报警开关量输出，系统本身具有自检测（包括：仪器故障、光纤断裂）功能，是光机电、计算机一体化技术。近年来已开始应用于各种大、中型变压器，发电机组的温度分布测量、过热保护和故障诊断；大型仓库、油库、危险品库、大型轮船的货轮、高层建筑、煤矿、隧道和输油管道的火灾防护及报警系统；化工原料及油料生产过程中的在线、动态检测；把它作为一种典型的机敏结构（smart structure）用于航空、航天飞行器的在线、动态检测系统和机器人的神经网络系统。2分布式线型光纤温度监测系统设计原理在分布式线型光纤温度监测系统中，温度信号通过自发Raman散射效应调制了光纤中由脉冲激光产生的自发Raman光子数，经解调后得到空间温度场分布的信息。基本原理如下图所示:半导体脉冲激光器和泵浦光纤激光器产生的激光经泵浦-信号光纤耦合器耦合后输入多模光纤，多模光纤各段上产生背向瑞利（RayLeigh）散射光；背向斯托克斯（stokes）反斯托克斯（antistokes）拉曼（Raman）散射光经双向耦合器输入到光纤窄带反射滤波器，利用光纤窄带反射滤波器抑制泵浦光纤激光器在10km多模光纤各段上产生的背向瑞利（RayLeigh）散射光，同时让拉曼（Raman）散射光通过，进入到波分复用器，由波分复用器将背向拉曼（Raman）散射光分成两路，一路背向反斯托克斯（antistokes）拉曼（Raman）散射光，经反斯托克斯（antistokes）拉曼（Raman）散射光滤波器滤波后进入第一光电雪崩二极管APD，转换成电信号Va,并进行放大，另一路背向斯托克斯（stokes）拉曼（Raman）散射光，经斯托克斯（stokes）拉曼（Raman）散射光滤波器滤波后进入第二光电雪崩二极管APD，转换成电信号Vs,并进行放大，测量两个光电雪崩二极管APD输出的电信号的比值Va/Vs,从电信号的比值Va/Vs与温度的关系，可以得到光纤各段上的温度，从而获得空间的温度场分布。下图为系统实物图：2.1调制方法： Anti-stokes Raman 光子数： （1） Rayleigh散射光子数： （2）式中：入射进光纤每个激光脉冲所包含的光子数；、：分别为光纤反斯托克斯和瑞利散射截面有关的系数；、：分别为反斯托克斯Raman和瑞利光子频率；：与光纤分子（以SiO2）Raman散射相关的分子上、下能级的布居数有关，分子能级上的布居数与温度有关： （3）其中：为Raman声子频率，h为Planck常数，K为Boltzmann常数2.2解调方法：有二种解调方法，设光纤上某局部位置的起始温度为T0 ，之后上升到T，用Na(T0)来解调Na(T)： （4）在(4) 中，对SiO2分子来说Raman 声子频率=1.321013Hz，若起始温度已知，通过测量即可由(4) 中确定待测光纤温度。为了消除系统的不稳定性以及环境的干扰，光纤在测量过程中弯曲、受压等变化因数，常常采用双通道方式：用Rayleigh散射光子数来解调Anti-stokes Raman光子数 （5）2.3在时域里，Raman OTDR曲线采用OTDR技术，在时域里考虑到光纤的损耗Anti-stokes Raman 和stokes Raman散射光子数（1）（2）式改为： （6） （7）其中：、：在光纤中入射光子、反斯托克斯Raman光子的平均传输损耗；在时域里，（4）（5）式不变，但（6）式由于多模光纤存在色散，则（6）式存在色散项： （8）在实际上，由于起始温度T= T0时，来解调各点的温度，由（8）式，在光纤的局域位置上： (9)由（9）式，T0为以知，则可解出各点的温度。3分布式线型光纤测温系统详细技术指标和特点3.1分布式线型光纤感温火灾探测器主机技术指标单路测量时间：10s测量距离：2km定位精度：1m空间分辨率：2m温度分辨率：0.5温度精度：1测温范围：-40120通道数：2通道输出信号：4路火灾报警开关信号；1路故障报警开关信号。使用温度：0-40使用湿度：20%-90%电 源： AC220V（50Hz） 3.2感温光缆技术参数光纤类型：圆形渐变折射多模光纤。 衰减率：衰减2.5Db/km 光纤纤芯直径：62.5 光纤覆层直径：125（丙烯酸酯涂层） 封装形式：PVC、金属铠装 弯曲半径：大于30cm 防护等级：大于IP67 拉力：最大250N 温度范围：-50 至 +150（可扩展-50-500） 使用寿命：大于20年光纤特点：不会受到电磁、广播系统、移动电话系统、腐蚀性气体、侵蚀性化学品、紫外线等外界影响3.3光纤感温火灾探测系统软件（选配） 系统管理软件主要完成测试光纤数据的采集、温度数据解调、系统报警管理、实时显示温度数据曲线、与网络管理中心进行数据交换等功能：网络及系统管理软件主要管理由测温光纤、分布式线型光纤测温主机、采集报警器的网络系统，通过对网络资料的录入、删除、编辑、通讯等，获得与实际相一致的参数，并载入数据库。根据数据库的内容运行系统，统一管理温度数据、报警信息和对设备的实时监控。可视化监控软件系统，可以做到现场实时监控。温度监控：实时显示每个分区和每个点温度，超出定温或差温后进行报警、并存储。历史数据查询：温度报警（或预警）信息。参数设定：设置各项参数，如串口配置、分区参数、探头参数、报（预）警参数等。3.4分布式线型光纤测温系统的特点1）、不受电磁干扰，选择适合的外护套，可不受任何环境的影响，本身安全，适用于特殊危险场合。2）、稳定性好。3）、误报极低。4）、定温和差温相结合报警设置，可准确及时判断温度变化的起因，显示事故点温度读数及位置，响应速度快。5）、长距离监测，一根光缆即可完成探测和信号传输，所有设置在终端完成，整个系统简单可靠，易于维护。6）、温度达到报警值，不影响系统的使用，探测光缆采用不同外护套，适合各种场合，不超过规定的温度极限，使用寿命超过30年。4感温光缆安装位置在电缆夹层中，采用表贴方式进行安装，将感温光缆捆绑在电缆外表面，或者直接铺设在电缆支架夹层底部，用扎带捆扎。 5 材料清单变电所分布式光纤感温火灾探测系统供货数量：5.1主要设备供货清单：附注：下面所列的是一个厂区有3个变电站的项目，可以按照变电站数量增减合计数量。序号名称型号单位单所数量合计数量备注1分布式光纤信号处理器AP658-03B台132通道，2千米。2工作站套01整体用1套，包括高速通讯卡，安装在中控室仪表操作台处。3光纤感温火灾探测系统软件AUTOP-03B套014感温探测光纤GQ-1米20006000多模、铠装5尾纤E2000根266尾纤SC根412光纤收发器用每站4根7光缆接续盒定制个13装在现场、每个变电所用1台。8终端盒个13装在机柜、每个变电所用1台。9机柜 800*800*2100台13每个变电所用1台104芯单模传输光缆长飞GYXTW-4B1米2000变电所连接至中控室（两个变电所的距离为800米，另一个的距离为300米）11光纤收发器TP-L