光纤测温原理介绍

1、光纤测温原理介绍第1页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一高新科技产品分布式光纤温度检测监控系统广州市亿力电气科技有限公司第2页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 内 容 1、原 理2、性 能3、特 点4、应用领域第3页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一概 念*喇曼散射：当光通过物质时，除光的透射和光的吸收外，还有光的散射。在散射光中除了包括原来的入射光的频率外（瑞利散射），还包括一些新的频率，这种产生新频率的散射称为喇曼散射。*斯托克斯（stokes）光：在喇曼散射中把频率小于入射光频率的光称为斯托克斯光。*反斯托克斯（anti

2、-stokes）光：在喇曼散射中把频率大于入射光频率的光称为反斯托克斯光。第4页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 光纤传感的原理 原理介绍-1E外部参量：电压电流磁场温度压力拉力光纤 ()光波的性质：振幅波长（频率）偏振相位本征型的光纤传感传光型的光纤传感第5页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分布式光纤温度传感的原理 原理介绍-2激光脉冲后向散射光强光纤 a o s 波长后向散射光强 时间距离=1/2时间光速a. 本征型的光纤传感b. 利用光在光纤中的喇曼散射改变光波波长的特性c. 喇曼散射信号的强弱与温度有关d. 利用光时域反射技术实现距离定

3、位第6页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一利用背向喇曼散射测量温度的原理示意图温度测量原理 原理介绍-3第7页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分布式光纤温度传感的原理 原理框图：信号处理电路激光二极管输入脉冲 后向喇曼散射信号光电探测器光纤 2km (GI62.5/125)计算机耦合器光纤滤波器光电探测器信号放大电路参考信号 原理介绍-4第8页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一分布式光纤温度传感系统的技术特点 -高科技的结晶系统增益要求：109系统带宽要求：100MHz 系统可靠性要求：高增益、高速模拟器件与模块的抗干扰和长

4、期稳 定工作 滤波及高速数据处理：光学滤波及数字滤波原理介绍-5第9页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分布式光纤温度传感系统的技术实现 全光纤的光学滤波技术采用进口最先进的光学滤光片原理介绍-6第10页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一高速信号采集和信号处理技术 核心芯片采用90年代的爱国者导弹器件核心技术采用世界最先进的DSP数据处理技术原理介绍-7第11页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 在噪声信号的大海中准确打捞针头大的有用信号，方显高科技的威力和科技人才的智慧； 高精度恒温技术确保系统测量的准确，奇特的设计思路和精

5、妙的设计方案展现了留学博士和高级工程师的才华； 知识专家与应用专家的默契配合使得知识转化为生产力；原理介绍-8第12页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一世界领先技术目前世界上仅有四个国家研制成该产品（美国、德国、日本、中国），世界四强之一原理介绍-9第13页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一产品性能指标 分 布 式 光 纤 传 感 系 统显示方式：温度随距离的变化可根据用户要求，把光纤的长度按所在区域分段，以直观的图形界面显示特定被测温对象的温度有过热或过冷报警功能,报警方式灵活多样,具有预警功能.性能介绍1第14页，共45页，2022年，5月20日

6、，17点53分，星期一 分 布 式 光 纤 传 感 系 统产品性能指标 测温精度：取决于噪声水平采样6秒：3oC采样8秒：2oC采样12秒：1oC20oC30oC0m 500m 1000m 1500m 2000m20oC30oC0m 500m 1000m 1500m 2000m20oC30oC0m 500m 1000m 1500m 2000m性能介绍2第15页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一产品性能指标 分 布 式 光 纤 传 感 系 统空间分辨率：取决于最短感温光纤长度性能介绍3第16页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一产品性能指标 分 布 式

7、光 纤 传 感 系 统测温范围：取决于光纤的耐温范围普通光纤：-40 oC240 oC特殊光纤：-170 oC600 oC性能介绍4第17页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一系统组成 1、测温主机 2、感温光纤 3、工控电脑测温主机：分布式光纤感温故障检测主机 EL2000-DTS-感温光纤：62.5/125微米/3（芯线/包层）渐变折射通讯多模光纤，衰减0.6分贝/公里，波长1300纳米。工作站（工控机）：名牌工控机。本地工作站RS232串口通讯n根2km光纤测温主机第18页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一运行部供电局MIS局域网中心调度室生产局

8、长总工程师安检部本地监控系统或本地通信系统12345nnn省局MIS局域网地调生计检修领导安检第19页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一特点光纤为传感元件 电绝缘性好 光路有可绕曲性 抗电磁干扰 分 布 式 光 纤 传 感 系 统特点介绍1第20页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 防 爆 体 积 小 耗 电 少 耐 腐 蚀特点光纤为传感元件 分 布 式 光 纤 传 感 系 统 重量轻结构简单特点介绍2第21页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一空间分辨率：2m测温精度: 1oC 测温范围：-150 oC 300oC点式热电偶测温

9、分布式光纤测温温 度 距 离 距 离温 度 特点分布式的传感模式 分 布 式 光 纤 传 感 系 统特点介绍3第22页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 状态检修的是设备检修的发展方向， 在线检修是实现状态检修的基础。 高效的状态(预测性)检修降低了大修费用，通过趋势分析减少非计划性停车和检修。 生产效率提高，成本下降。特点具有在线检修的功能 分 布 式 光 纤 传 感 系 统特点介绍4第23页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一比较内容分布式光纤传感系统传统传感器传感器分布特性检测点连续，可以全面检测被监视对象的各点的情况。检测范围大。检测点间断，只

10、有检测探头接触的点，才能被检测。检测范围小。探头光纤，不怕干扰，不怕高压，没有击穿、烧毁等担心。电子传感器，有电路通道，极易受电磁干扰，对与高压设备的绝缘要求特别高。检修维护很难。检测信号输出光信号，不受电力设备的电磁干扰。弱电信号，极易受到电磁干扰。信号通道光纤，探头与信号通道一体，不怕干扰，不怕高压，系统简单安全。电路，对与高压设备的绝缘要求特别高。检修维护很难信号处理技术检测：光电技术；传输：光信号处理：高速数字技术检测：模拟电子；传输：弱电信号处理：数字技术；系统可靠性高，取决于主机。低，受探头、信号传输通道、主机等全部设备影响。其他特点不带电，抗射频和电磁干扰、防燃、防爆、抗腐蚀、耐

11、高压和强电磁场、耐辐射，能在各种有害的环境中工作。 成熟、广泛应用。特点介绍5分布式光纤传感系统和传统传感器的性能比较 第24页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一光纤分布式温度监测系统与传统线形感温材料的技术比较 特点介绍6光纤监测系统线性感温产品报警方式可综合利用设置多级温度报警/温升速率/温升趋势来进行连续监测，可在任何时间准确显示任何一点的温度状态，在火灾发生前早期预警固定温度报警点；被动等待设定的报警温度；报警往往已形成火灾事故判断智能化的系统，准确及时判断温度变化的类型，显示事故点温度读数及位置。（精度：0.5-2，1m-4m）无附加特定装置时不能准确确定事故点

12、位置，只能判断火警区域。无法反映温度资料。使用及维护长距离监测（10公里或更长）用一根光缆即可完成，利用软件分区，系统非常简单可靠，免维护监测长度有限，多路部线分区，系统相当复杂，故障率高，难以维护长期使用达到报警点后利用软件复位，不损伤光缆，并因其材料特殊，寿命极长 报警后系统损伤，不可重复使用以及采用的材料的原因，使其寿命较短安全可靠不受电磁干扰，综合智能判断，无误报。因其不带电，故使用于特殊危险场合因其绝缘皮老化和电磁的干扰等诸多因素的缘故，经常产生误报，并因其带电，故不适用于特殊危险场合安装安装较复杂。新增电缆的扩容安装难度大安装非常简单，可安装到缝隙、小孔、高电压、强电磁场、高温、高

13、压强、有毒、易燃、易爆、腐蚀性环境第25页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分 布 式 光 纤 传 感 系 统如果需要测量几千米的范围内、多达几千个点的温度，只需要一条普通的光纤和一台小型仪器，就可以解决问题！分布式光纤温度检测监控系统特点介绍7第26页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分 布 式 光 纤 传 感 系 统 应用领域：大型产、输、变电设施的分布式状态监测应用介绍1第27页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一地下高压电缆的分布式温度监测。对局部放电进行监测定位，定位精度可达2m, 远优于常规的电缆局部放电定位方法(

14、约500m)。 分 布 式 光 纤 传 感 系 统应用举例应用介绍2第28页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一变电站的一次运行设备温度在线监测应用介绍3第29页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一高压电缆在线温度监测应用介绍4第30页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一发电厂运行设备温度在线监测应用介绍5第31页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 局部放电通常会引起局部温度上升。 传统的电子技术由于发电机内部强大的电磁干扰(通常干扰信号的幅度比放电信号大上百倍)而遇到许多的困难。 停机检测往往不能再现真实的放电

15、情况。 使用分布式光纤温度传感的在线检测技术能够解决问题。 分 布 式 光 纤 传 感 系 统应用举例大型发电机定子绕组局部放电故障的在线监测应用介绍6第32页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 及时发现、排除绝缘薄弱现象 避免短路引起的火灾 避免放电引起的瓦斯爆炸 分 布 式 光 纤 传 感 系 统煤矿井下供电电缆(6kV)绝缘状况的在线监测。应用举例应用介绍7第33页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一大型粮仓、油库 分 布 式 光 纤 传 感 系 统化工厂应用介绍8第34页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一大型混凝土建筑结构

16、的温度和应力分布传感 分 布 式 光 纤 传 感 系 统应用领域应用介绍9水坝、江河大堤、桥梁的应力分布监测第35页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分 布 式 光 纤 传 感 系 统应用介绍11地铁温度在线监测第36页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分 布 式 光 纤 传 感 系 统应用介绍12隧道温度实时监测第37页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一 分 布 式 光 纤 传 感 系 统应用介绍14地下铁路沿线温度监测第38页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一路面结冰状态的检测 分 布 式 光 纤

17、传 感 系 统应用介绍15第39页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一总 结 *是一种优于感温电缆、金属热电偶、红外测温仪、红外热成像仪等测温方式的新型实时在线监控系统。*是无人值守变电站温度监测的全面解决方案。*代表测温技术的发展方向。第40页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一该系统与感温电缆的比较原理：本缆式线型定温电缆内，由两根弹性钢丝上包热敏绝缘材料，然后绞对成型。当电缆某一部位温度上长超过额定动作温度时，受热部位热敏绝缘材料绝缘性能被破坏，钢丝发生短路以指示火警的发生。 第41页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一缺点：1

18、、在潮湿、水中、油中及有毒、有害的化学环境下无法使用，对环境条件要求高2、热敏材料是有机物易老化，性能不稳定，误报率高3、一次性使用，维护和投资巨大，现在虽然有可重复性的感温电缆，但重复性非常有限，且性能不稳定4、精度低5、事前没有任何数据积累功能，不能作到设备、电缆温度出现异常过程中的预告，不能为用户提供数据分析和趋势分析，不能实现真正的在线检测功能，无法最终达到状态检修的目标第42页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一6、报警设置灵活性很差，只能选用不同型号的感温电缆（温度设定为固定值）7、比较硬，不易安装和维护，如在电器柜、小空间、夹缝等8、绝缘性能差，高压带电体根本无法测试9、无法判断和区分由于磕碰、鼠咬、挤压造成损坏与温度造成的损坏，无法判别和区分非火灾因素造成的短路引起的故障10、电路复杂、调试、整定困难第43页，共45页，2022年，5月20日，17点53分，星期一成 本 比 较经咨询国内感温电缆：90-120元/米，国外还要贵，信号解码器加终端处理器70