CN101533549A - 一种采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：设置差温报警值T_f；步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的n组相连的温度记录数据；步骤三：计算第1到第i组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第p处的平均测量温度

……

；步骤四：计算第p处的历史测量温度平均值；步骤五：将第n组温度记录数据T_n[1，2，3，…m]中第p处的平均测量温度

减第p处的历史测量温度平均值；步骤六将第p处的温度差值T_p与差温报警值T_f比较，只有在第p处的温度差值T_p大于差温报警值T_f时，才报警，否则不报警。与现有技术相比，本发明的优点在于：可以有效的降低噪声对差温值计算的影响，提高了差温值的稳定度。

Description

一种采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法

技术领域

本发明涉及一种采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法。

背景技术

在公路隧道、高压电缆等工程中，火灾监测一直是交通、电力部门的重点，如果没有进行有效的火灾监测，当发生火灾时，往往会有严重事故发生，由此给国家和人民生命财产带来巨大的损失，随着近几年来，隧道越建越长，城市高压电缆埋入地下的也越来越多，使得火灾监测的重要性越发突现。火灾刚发生时，火势、温度、破坏性等都比较小，如果能在这个阶段就发现火灾并把其扑灭，可以极大的降低火灾的破坏性和损失。

分布式光纤温度传感器系统(DTS)是基于先进的光时域反射(OTDR)技术的原理和光纤的背向拉曼散射温度效应，以光纤为载体，由主机、传感光缆及其他附件组合而成，是国际上近年发展起来的一种用于实时监控温度场的高新技术。

采用分布式光纤温度传感器系统(DTS)进行火灾报警的常用方法有定温法和差温法两种。定温法的原理为：确定某一温度值(如85℃)为温度报警值，在监测区域内，光纤在时空域上任何一测量点的测量温度超过85℃时就会报警；而差温法的原理为：同样也确定一个报警的温度值(如10℃)，当光纤在时空域上某一测量点前后两次测量的温度值的差值超过10℃时，就会报警。

在一些冬季、夏季环境温度变化较大的情况下，想要在火灾刚发生时就发现它，使用差温法就会比较好。因为使用定温法时，如果报警值设的高，在冬季的时候火灾初期温度值较低，发现不了，如果报警值设的低，在夏季的时候环境温度升高，就很容易发生误报的情况。在实际环境温度变化的过程中，光纤在时空域上某一测量点在前后两次温度监测过程中(该过程一般都小于30秒)温度变化是很慢的，不会达到火灾报警值，而当有火灾发生时，温度变化较快，就会进行报警。

但是，由于分布式光纤温度传感器系统(DTS)采集的温度数据中，存在着噪声数据，使得光纤在时空域上某一测量点前后两次监测的温度值的不确定度加大，这就使得差温报警值不能设的过低，否则就会引起误报，从而降低了差温报警的有效性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状提供一种降低温度差值不确定度，提高差温报警有效性的采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：设置差温报警值T_f；

步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的n组相连的温度记录数据，按时间顺序记为T₁[1，2，3，…m]，T₁[1，2，3，…m]……T_n[1，2，3，…m]，其中m为分布式光纤温度传感器系统在光纤的时空域上实际测量温度的总处数，T_a[b]表示第a组温度记录数据中第b处的测量温度，1≤a≤n，1≤b≤m；

步骤三：计算第1组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第p处的平均测量温度

p的取值范围为：1≤p≤m，这里第1组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第p处的平均测量温度

的计算方法为：以第1组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第p处为中心的共(2f+1)个点测量温度的算术平均值，用公式表达为：

$\stackrel{\‾}{T_1\left[p\right]}=\frac{\underset{i=p-f}{\overset{p+f}{\mathrm{\Σ}}}{T}_1\left[i\right]}{2f+1}$

步骤四：采用与步骤三中同样的方法，计算第2到第i组温度记录数据中第p处的平均测量温度 $\stackrel{\&OverBar;}{T_2\left[p\right]}~\stackrel{\&OverBar;}{T_i\left[p\right]},$ 其中，1<i<n；

步骤五：计算第p处的历史测量温度平均值T[p]，第p处的历史测量温度平均值的计算方法为：取第1组到第i组温度记录数据中第p处的平均测量温度的平均值，用公式表达为：

$\stackrel{\&OverBar;}{T\left[p\right]}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{T_1\left[P\right]}+\stackrel{\&OverBar;}{T_2\left[P\right]}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{T_i\left[P\right]}}{i}$

步骤六：将第n组温度记录数据T_n[1，2，3，…m]中第p处的平均测量温度

减第p处的历史测量温度平均值T[p]，得到第p处的温度差值T_p，即 $T_p=\stackrel{\&OverBar;}{T_n\left[p\right]}-\stackrel{\&OverBar;}{T\left[p\right]};$

步骤七：将第p处的温度差值T_p与差温报警值T_f比较，只有在第p处的温度差值T_p大于差温报警值T_f时，才报警，否则不报警。

较好的，所述步骤二中，n的取值范围为：2≤n≤30。

所述步骤三中，f的取值范围为：1≤f≤10。

所述步骤一中，差温报警值T_f的取值范围为：5≤T_f≤15。

与现有技术相比，本发明的优点在于：采用上述方法后，可以有效的降低噪声对差温值计算的影响，提高了差温值的稳定度，在空间上采用(2f+1)个测量点进行温度平均可以降低单次数据采集中噪声对第p点的影响，在时间上采用i个点的平均可以降低多次数据采集中噪声对第p点的影响，对于计算第p处的历史测量温度平均值T[p]时第i+1组到第n组温度记录数据中第p点的平均测量温度不参与运算，是为了在温度上升时加大差温值。

附图说明

图1为实验一中采用现有技术得到的速率图；

图2为实验一中采用本发明方法得到的速率图；

图3为实验二中采用现有技术得到的速率图；

图4为实验二中采用本发明方法得到的速率图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

本实施例中采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，包括以下步骤：

步骤一：设置差温报警值T_f＝10℃；

步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的16组相连的温度记录数据，按时间顺序记为T₁[1，2，3，…m]，T₁[1，2，3，…m]……T₁₆[1，2，3，…m]，其中m为分布式光纤温度传感器系统在光纤的时空域上实际测量温度的总处数，T_a[b]表示第a组温度记录数据中第b处的测量温度，1≤a≤n，1≤b≤m；

步骤三：取定计算点p＝100，p的取值范围为：1≤p≤m；

步骤四：计算第1组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第100处的平均测量温度

这里第1组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第100处的平均测量温度

的计算方法为：以第1组温度记录数据T₁[1，2，3，…m]中第100处为中心的共9个点测量温度的算术平均值，用公式表达为：

$\stackrel{\&OverBar;}{T_1\left[p\right]}=\frac{\underset{i=96}{\overset{104}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_1\left[i\right]}{9}$

步骤五：采用与步骤四中同样的方法，计算第2到第11组温度记录数据中第100处的平均测量温度 $\stackrel{\&OverBar;}{T_2\left[p\right]}~\stackrel{\&OverBar;}{T_{11}\left[p\right]};$

步骤六：计算第100处的历史测量温度平均值T[p]，第100处的历史测量温度平均值的计算方法为：取第1组到第11组温度记录数据中第100处的平均测量温度的平均值，用公式表达为：

$\stackrel{\&OverBar;}{T\left[p\right]}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{T_1\left[P\right]}+\stackrel{\&OverBar;}{T_2\left[P\right]}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{T_{11}\left[P\right]}}{11}$

步骤七：将第16组温度记录数据T₁₆[1，2，3，…m]中第100处的平均测量温度减第100处的历史测量温度平均值T[p]，得到第100处的温度差值T_p，即 $T_p=\stackrel{\&OverBar;}{T_n\left[p\right]}-\stackrel{\&OverBar;}{T\left[p\right]};$

步骤八：将第100处的温度差值T_p与差温报警值T_f比较，只有在第p处的温度差值T_p大于差温报警值T_f时，才报警，否则不报警。

上述方法中，将每组温度记录数据在空间上采用9个测量点进行温度平均，可以降低单次数据采集中噪声对计算点的影响；在时间上采用11组温度记录数据中第100点的平均温度计算历史平均温度值，可以降低多次数据采集中噪声对计算点的影响，在计算第100点的历史平均温度值时，第11组到第16组不参与运算，是为了在温度上升时加大差温值；

通过上述方法，可以有效的降低噪声对差温值计算的影响，提高了差温值的稳定度。

以下是采用本申请方法与现有技术中的差温法进行火灾报警的实验数据：

[试验一]以2℃/分钟上升

试验步骤：

1、使分布式光纤温度传感器系统的设备正常运行，将尾部一段5米长的光缆放入升温箱内；

2、使升温箱内的温度在25℃，稳定20分钟；

3、使升温箱内的温度以2℃/分钟匀速上升，上升20分钟；

4、分布式光纤温度传感器系统的设备每10秒钟采集一次数据并保存下来；

5、按照本发明的方法，计算5米加热光缆中间数据点的温度差值，并保存起来，其速率图如附图2所示；

6、按照现有技术中的差温法：

a)、从分布式光纤温度传感器系统取得11条记录数据，按时间顺序从0至10，

b)、确定计算点为5米加热光缆中间的数据点2.5；

c)、计算5米加热光缆中间数据点的温度差值T＝T₁₀[2.5]-T₀[2.5]，并保存下来，其速率图如附图1所示；

从附图1和附图2两个图上对比来看，采用本发明方法的差温计算值明显比算法1稳定，受噪声影响较小。

[试验二]以5℃/分钟上升

试验步骤：

1、使分布式光纤温度传感器系统的设备正常运行，将尾部一段5米长的光缆放入升温箱内；

2、使升温箱内的温度在25℃，稳定20分钟；

3、使升温箱内的温度以5℃/分钟匀速上升，上升10分钟；

4、分布式光纤温度传感器系统的设备每10秒钟采集一次数据并保存下来；

5、按照本发明的方法，计算5米加热光缆中间数据点的温度差值，并保存起来，其速率图如附图4所示；

6、按照现有技术中的差温法：

a)、从分布式光纤温度传感器系统取得11条记录数据，按时间顺序从0至10，

b)、确定计算点为5米加热光缆中间的数据点2.5；

c)、计算5米加热光缆中间数据点的温度差值T＝T₁₀[2.5]-T₀[2.5]，并保存下来，其速率图如附图3所示；

从附图3和附图4两个图上对比来看，采用本发明方法的差温计算值明显比算法1稳定，受噪声影响较小。

从以上两个试验可以看出，本发明的方法可以有效的降低噪声对差温值计算的影响，提高了差温值的稳定度，极大的提高了对火灾初期时的诊断。

Claims (4)

1、一种采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：设置差温报警值T_f；

步骤二：截取分布式光纤温度传感器系统采集的n组相连的温度记录数据，按时间顺序记为T₁[1，2，3，...m]，T₁[1，2，3，...m]……T_n[1，2，3，...m]，其中m为分布式光纤温度传感器系统在光纤的时空域上实际测量温度的总处数，T_a[b]表示第a组温度记录数据中第b处的测量温度，1≤a≤n，1≤b≤m；

步骤三：计算第1组温度记录数据T₁[1，2，3，...m]中第p处的平均测量温度

p的取值范围为：1≤p≤m，这里第1组温度记录数据T₁[1，2，3，...m]中第p处的平均测量温度的计算方法为：以第1组温度记录数据T₁[1，2，3，...m]中第p处为中心的共(2f+1)个点测量温度的算术平均值，用公式表达为：

$\stackrel{\&OverBar;}{T_1\left[p\right]}=\frac{\underset{i=p-f}{\overset{p+f}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_1\left[i\right]}{2f+1}$

步骤四：采用与步骤三中同样的方法，计算第2到第i组温度记录数据中第p处的平均测量温度 $\stackrel{\&OverBar;}{T_2\left[p\right]}~\stackrel{\&OverBar;}{T_i\left[p\right]},$ 其中，1<i<n；

步骤五：计算第p处的历史测量温度平均值T[p]，第p处的历史测量温度平均值的计算方法为：取第1组到第i组温度记录数据中第p处的平均测量温度的平均值，用公式表达为：

$\stackrel{\&OverBar;}{T\left[p\right]}=\frac{\stackrel{\&OverBar;}{T_1\left[P\right]}+\stackrel{\&OverBar;}{T_2\left[P\right]}+\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\stackrel{\&OverBar;}{T_i\left[P\right]}}{i}$

步骤六：将第n组温度记录数据T_n[1，2，3，...m]中第p处的平均测量温度

减第p处的历史测量温度平均值T[p]，得到第p处的温度差值T_p，即 $T_p=\stackrel{\&OverBar;}{T_n\left[p\right]}-\stackrel{\&OverBar;}{T\left[p\right]};$

步骤七：将第p处的温度差值T_p与差温报警值T_f比较，只有在第p处的温度差值T_p大于差温报警值T_f时，才报警，否则不报警。

2、根据权利要求1所述的采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，其特征在于：所述步骤二中，n的取值范围为：2≤n≤30。

3、根据权利要求1所述的采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，其特征在于：所述步骤三中，f的取值范围为：1≤f≤10。

4、根据权利要求1所述的采用分布式光纤温度传感器系统进行火灾报警的方法，其特征在于：所述步骤一中，差温报警值T_f的取值范围为：5≤T_f≤15。

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