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電纜光纖測溫系統(tǒng)
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分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)（DTS）依據(jù)光纖的光時域反射（OTDR）和光纖背向Raman散射的溫度效應(yīng),，探測出沿著光纖不同位置的溫度的變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。在系統(tǒng)中光纖既是傳輸媒體又是傳感媒體，光纖所處空間各點的溫度場調(diào)制了光纖中的背向Raman散射光的強度（反tokes背向Raman散射光的強度），經(jīng)波分復(fù)用器和光電檢測器采集了空間溫度信息，再經(jīng)信號處理，系統(tǒng)解調(diào)后將溫度信息實時從噪聲中提取出來。利用光纖中光波的傳播速度和背向光回波的時間間隔，對所測溫度點進(jìn)行定位。與傳統(tǒng)傳感器相比該產(chǎn)品具有以下幾點優(yōu)勢：（1）測量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控。（2）本征防雷。（3）抗電磁干擾，在高電磁環(huán)境中可以正常的工作（4）連續(xù)分布式測量（6）靈敏度高，測量精度高（7）壽命長，成本低，系統(tǒng)簡單。該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測報警、隧道、電纜溫度監(jiān)控、大壩滲漏及溫度監(jiān)牢、供熱管道及油氣管滲漏監(jiān)測等各個領(lǐng)域。技術(shù)指標(biāo)：最大測量距離：30公里通道數(shù) : 1，2，4，6，8，16可選(光開關(guān)) 連接方式 : 單端或雙端取樣間隔:1米定位精度 :1 米測量時間 :<20 秒溫度分辨率 :0.1℃ 報警分區(qū) :200 個/每路繼電器輸出：64路(可擴展) 通訊接口：2 個 RS232 接口支持MODBUS，1個以太網(wǎng)接口工作原理： DTS分布式光纖溫度監(jiān)測系統(tǒng)同時利用光纖感測信號和傳輸信號，采用先進(jìn)的OTDR技術(shù)和Raman散射光對溫度敏感的特性，探測出沿著光纖不同位置的溫度的變化，實現(xiàn)真正分布式的測量。羽邦的DTS代表著目前國際上的最高水平，無論在溫度分辨率、空間分辨率、測量距離，還是測量時間上都高于其他公司的產(chǎn)品，用戶可以針對自己的用途，選擇相應(yīng)的型號。其中ZD系列是一個專門設(shè)計用于公路隧道，電纜隧道，電纜夾層的探測。圖 1 分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)是近年來發(fā)展起來，用于實時測量空間溫度場的系統(tǒng)。系統(tǒng)中光纖即是傳輸媒體又是傳感媒體，利用光纖背向拉曼散射的溫度效應(yīng)，光纖所處的空間溫度場調(diào)制了光纖是背向拉曼散射的強度（反斯托克斯背向拉曼散射光的強度），經(jīng)波分復(fù)用器和光電檢測器采集帶有溫度信息的背向拉曼散射光信號，經(jīng)信號處理可以解調(diào)出實時的溫度信息。在時域中，利用光時域反射技術(shù)（Optical Time Domain Reflection），根據(jù)光在光纖中的傳輸速率和背向拉曼散射光的回波時間，可以對溫度點進(jìn)行定位。 DTS系統(tǒng)由激光光源、傳感光纜和檢測單元組成，系統(tǒng)示意圖見圖表 1。其基本原理是：激光器發(fā)出脈沖光通過波分復(fù)用器進(jìn)入探測光纖，光纖內(nèi)分子及不均勻的雜質(zhì)對入射的激光脈沖有散射作用，入射光脈沖沿著光纖向前傳輸，散射光向四周傳輸。只有沿光纖后向傳輸?shù)纳⑸涔鈺鬏數(shù)讲ǚ謴?fù)分器，再到達(dá)探測器。后向散射光中有瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射等，拉曼散射光包含有兩種成份：斯托克斯光和反斯托克斯光。斯托克斯光的頻率比入射光頻率低，反斯托克斯光頻率比入射光頻率高，斯托克斯光只與光纖的損耗、應(yīng)力、拉力、彎曲、擠壓等因素有關(guān)，受溫度影響很小，可以忽略不計；反斯托克斯光除受光纖的損耗、應(yīng)力、拉力、彎曲、擠壓等因素影響外，還與溫度有很大關(guān)系，光纖的溫度越高，反斯托克斯光越強。通過波分復(fù)用器和帶通濾光片可以分離出后向散射光中斯托克斯光和反斯托克斯光，分別采集兩路光信號的強度，用反斯托克斯光強與斯托克斯光強相比，就可以得到只有溫度高低有關(guān)的信號。經(jīng)波分復(fù)用器分離出的兩路光信號，分別由雪崩光電二極管將光信號轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)放大器對電信號放大，送到數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行累加平均，便得到精確的光強度量化值。反斯托克斯光強與斯托克斯光強之比和溫度之間的定量關(guān)系可用下式表示：式中：h：普朗克系數(shù)(J·S)；k：波爾茲曼常數(shù)(J/K)；：斯托克斯光強度；：反斯托克斯光強度；：入射光的頻率(1/S)；：拉曼光頻率增量(1/S)。斯托克斯光頻率為，反斯托克斯光頻率為。光在光纖中以一定的速度傳播，通過測量入射光和后向散射光之間的時間差，及光纖內(nèi)的光傳播速度，可以計算不同散射點的位置距入射端的距離，從而可以得到光纖沿程幾乎連續(xù)的溫度分布，可按下式計算：式中：：光纖中的光傳播速度(m/s)；：后向散射延遲時間(s)。只要通過探測器測得、及光在光纖在傳播時間，便可求得某一點的溫度值。 DTS系統(tǒng)監(jiān)測中文軟件主界面 DTS系統(tǒng)監(jiān)測軟件功能： 1.實時數(shù)據(jù)采集: 從被監(jiān)控區(qū)域逐點實時采集溫度值,形成實時數(shù)據(jù)庫； 2.實時數(shù)據(jù)顯示：實時顯示從當(dāng)前區(qū)域采集所得到的溫度； 3.定溫報警：根據(jù)用戶要求設(shè)置報警和預(yù)警溫度，并可對被監(jiān)控區(qū)域分段設(shè)置不同分區(qū)，每個分區(qū)可以任意設(shè)置報警值，對不同的部位進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控； 4.溫升速率報警：被監(jiān)控的區(qū)域達(dá)到按用戶要求設(shè)置的溫升速率預(yù)定值時，可以報警、指出報警區(qū)域所處的位置并做數(shù)據(jù)儲存和打印 5.歷史數(shù)據(jù)顯示：用戶可以通過歷史數(shù)據(jù)查詢得到區(qū)域某時某刻、某點的溫度、某時段的溫度、最高溫度； 6.特性曲線顯示：包括某時某刻溫度分布曲線、某時段某點的溫度變化曲線、某時段最高溫度變化曲線； 7.遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷和維修：通過因特網(wǎng)，可實現(xiàn)對現(xiàn)場設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維修等。 8.探測系統(tǒng)實時監(jiān)測，具有良好的響應(yīng)特性。 9.溫度的實時監(jiān)控，實時顯示每隔1米各點的溫度變化。連續(xù)監(jiān)測信號，任意溫度點報警。 10.DTS光纖探測系統(tǒng)內(nèi)部自帶PC機，在WINDOWS環(huán)境下由工程師調(diào)試編程來完成。設(shè)定區(qū)域長度及報警點，系統(tǒng)校訂均可采用Windows 2000版本軟件來完成。 11.DTS光纖探測系統(tǒng)是一個連續(xù)的監(jiān)測信號，可設(shè)置多級定溫報警和多級差溫報警，或是兩者的結(jié)合，基本消除誤報，同時可根據(jù)現(xiàn)場要求對報警值進(jìn)行修正。 12.可針對環(huán)境變化設(shè)置最多可達(dá)200個不同報警控制區(qū)域，報警控制區(qū)可編程，并可按照用戶的要求進(jìn)行設(shè)計，每個單獨的報警區(qū)域可設(shè)置不同的報警值。 13.如果探測光纖受損，DTS光纖探測系統(tǒng)可以即時定位受損點，并通過重新迅速恢復(fù)系統(tǒng)，這對于有效的實施在線監(jiān)測時非常重要的； 14.DTS光纖探測系統(tǒng)的溫度信號和報警信號可以上傳到消防主機和中控室。產(chǎn)品系統(tǒng)特性：系統(tǒng)特點和技術(shù)指標(biāo) 溫度的實時監(jiān)控，做到早期預(yù)警； ◆快速性：系統(tǒng)測溫、定位速度非常高。為了提高測量時間，羽邦采用了衛(wèi)星地面拍照數(shù)據(jù)濾波技術(shù)，以解決海量數(shù)字濾波優(yōu)化問題；系統(tǒng)主機內(nèi)的激光發(fā)射裝置每秒鐘發(fā)射上萬次的光脈沖，并將取樣溫度的平均值輸出到顯示系統(tǒng)，基本消除誤差。 ◆分布特性：線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)為分布式光纖測溫系統(tǒng)，可提供連續(xù)動態(tài)監(jiān)測長達(dá)十幾公里范圍內(nèi)每隔1米各點的溫度變化信號，可任意設(shè)置各級溫度報警值。 ◆先進(jìn)性：該系統(tǒng)是世界上目前性能指標(biāo)最高、功能性最強、可靠性最高、技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品。采用的光元器件是通過納米技術(shù)生產(chǎn)出來的進(jìn)口器件，數(shù)字處理芯片 ◆準(zhǔn)確性: 該系統(tǒng)的溫度分辨率達(dá)到0.1℃，溫度精度±1℃；定位精度達(dá)±1m 。 ◆靈活性: 線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)是在線監(jiān)測方式；監(jiān)測范圍內(nèi)任何一點的報警信號上傳至火災(zāi)報警控制器的時間不大于30秒；本系統(tǒng)的主機可提供繼電器接口（無源干接點）在火災(zāi)報警控制器上進(jìn)行報警，可按區(qū)間提供一組干接點報警信號；監(jiān)測系統(tǒng)提供的是一個連續(xù)的動態(tài)監(jiān)測信號,系統(tǒng)可設(shè)置多級溫度點報警即系統(tǒng)支持多級報警，如30℃初報警,40℃預(yù)報警,50℃采取措施等，并且可以根據(jù)環(huán)境不同進(jìn)行報警點溫度參數(shù)設(shè)定；為避免誤報發(fā)生，針對事故發(fā)生前的溫度變化率大的特點,在報警設(shè)置中可設(shè)置溫度變化率閥值進(jìn)行監(jiān)測,當(dāng)監(jiān)測到溫度變化率大于該值時發(fā)出報警信號,并提供相應(yīng)的信號輸出；多種報警條件，只要滿足一條，系統(tǒng)就會立即產(chǎn)生報警?？筛鶕?jù)現(xiàn)場要求對取樣間隔進(jìn)行調(diào)整，最短取樣間隔為1米；報警控制區(qū)可編程,并可按照用戶的要求進(jìn)行靈活設(shè)計，每一系統(tǒng)可針對環(huán)境變化可設(shè)置不小于100個不同報警控制區(qū)域。 1. 兼容性：線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)的主機為開放通信協(xié)議，提供與工作站聯(lián)接的通信接口，在中央控制室防災(zāi)報警工作站以漢化的圖文方式顯示溫度曲線、報警位置、報警溫度等全部信息；系統(tǒng)可以通過RS232、LED、內(nèi)置繼電器、以太網(wǎng)或其它工業(yè)協(xié)議等輸出形式與PC、消防報警系統(tǒng)等其它控制設(shè)備進(jìn)行連動，進(jìn)行聲光報警，信號輸出準(zhǔn)確、完整；線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測系統(tǒng)可根據(jù)不同報警區(qū)分段、分級輸出信號，以適應(yīng)不同控制盤的需要；光纖測溫主機控制單元組網(wǎng)靈活，兼容性大。根據(jù)用戶需求還可與SCADA、供電設(shè)備中的電力自動化系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等其他控制設(shè)備進(jìn)行連網(wǎng)。實現(xiàn)集安全、經(jīng)濟、管理為一體的大的綜合智能系統(tǒng)；光纖測溫主機控制單元拓展后可實現(xiàn)撥號modem、光纖接口轉(zhuǎn)換方式等，實現(xiàn)用戶個性化的需求。 ◆安全性：系統(tǒng)軟件授權(quán)管理，安全可靠；用戶可以對系統(tǒng)今后的升級和維護(hù)進(jìn)行更新；線型光纖感溫火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)具備安全記錄功能，可儲存系統(tǒng)運行以來的所有歷史數(shù)據(jù)，并可使用便攜式計算機下載有關(guān)數(shù)據(jù)；如果光纖受損，系統(tǒng)可以定位受損點，具有自診斷功能，并通過光纖熔接機對其進(jìn)行熔接，這對于有效的實施在線監(jiān)測是非常重要的；激光等級達(dá)到3A級；探測光纖安全、可靠，采用光信號，不會與動力電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。與傳統(tǒng)傳感器相比較，分布式光纖測溫系統(tǒng)具有的天然優(yōu)勢，主要包括： 1. 連續(xù)分布式測量分布式光纖傳感器是真正的分布式測量，可以連續(xù)的得到沿著探測光纜幾十公里的測量信息，誤報和漏報率大大降低。同時實現(xiàn)實時監(jiān)測。 2. 抗電磁干擾，在高電磁環(huán)境中可以正常的工作。光纖本身是由石英材料組成的，完全的電絕緣；同時光纖傳感器的信號是以光纖為載體的，本征安全，不受任何外界電磁環(huán)境的干擾。 3. 本征防雷。雷電經(jīng)常破壞大量的電測傳感器。光纖傳感器由于完全的電絕緣，可以抵抗高電壓和高電流的沖擊。 4. 測量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控。光纖的兩個突出優(yōu)點就是傳輸數(shù)據(jù)量大和損耗小，在無需中繼的情況下，可以實現(xiàn)幾十公里的遠(yuǎn)程監(jiān)測。 5. 靈敏度高，測量精度高。理論上上大多數(shù)光纖傳感器的靈敏度和測量精度都優(yōu)于一般的傳感器，實際已成熟的產(chǎn)品也證明了這一點。 6. 壽命長，成本低，系統(tǒng)簡單。光纖的材料一般皆為石英玻璃，其具有不腐蝕、耐火、耐水及壽命長的特性，通?？梢苑?0年。綜合考慮傳感器的自身成本以及以后的維護(hù)費用，使用光纖傳感器可以大大降低整個工程的最終經(jīng)營成本。

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