CN107121216A - 光纤温度分布测量系统和光纤温度分布测量方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了光纤温度分布测量系统和光纤温度分布测量方法。光纤温度分布测量系统包括：温差计算器，其被配置成基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，该第一温度分布是通过来自第一光纤部的返回光而获得的，该第二温度分布是通过来自第二光纤部的返回光而获得的；以及异常检测器，其被配置成针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，并且当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在空间分辨率区域附近的辊出现了异常，所述用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与同其相邻的空间分辨率区域的温差之和。

Description

光纤温度分布测量系统和光纤温度分布测量方法

技术领域

本发明涉及用于检测带式输送机的辊异常的光纤温度分布测量系统和光纤温度分布测量方法。

背景技术

已知一种被配置成通过使用光纤温度分布测量装置(DTS：分布式温度传感器)来测量带式输送机附近的温度并且检测带式输送机的着火的系统。

测量带式输送机附近的温度并检测带式输送机的着火的配置非常有益，这是因为其能够实现最初的灭火。然而，通过带式输送机附近的温度所获得的信息不限于着火发生。

例如，如果带式输送机的辊由于故障、老化劣化等而无法平滑地转动，则转动部的温度由于摩擦而升高。为此，还可以通过测量带式输送机附近的温度来检测辊异常。由于辊异常可能增加带式输送机的负荷并且由于摩擦导致的温度升高可能引起着火，因此，优选地，在早期检测辊异常。

[专利文献1]第2014-83297A号日本专利申请公布

然而，由于辊异常而升高的温度与着火时的温度相比非常低，并且也是局部的。因此，温度可能被噪声掩盖或者可能由于光纤温度分布测量装置的空间分辨率的限制而无法足以用测量值表现。

考虑了如下配置：将光纤以线圈形状环绕在辊附近以确保布置在辊附近的光纤的长度，或者通过将光纤与被配置成对辊进行支撑的金属部紧密接触来检测温度的细微变化。然而，上述配置应该被设置用于每个辊。因此，所需的铺设光纤的工作繁重，这增加了成本。

发明内容

本发明的示例性实施例提供了光纤温度分布测量系统和光纤温度分布测量方法，其能够通过铺设光纤的简单工作来简单地检测带式输送机的辊异常。

根据本发明的第一方面的一种光纤温度分布测量系统是如下的光纤温度分布测量系统，其被配置成使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，该系统包括：

温差计算器，其被配置成基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，该第一温度分布是通过来自沿着辊行铺设的第一光纤部的返回光而获得的，该第二温度分布是通过来自在比第一光纤部距辊行更远的位置处与第一光纤部并排铺设的第二光纤部的返回光而获得的；以及

异常检测器，其被配置成针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，并且当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在空间分辨率区域附近的辊出现了异常，该用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与同其相邻的空间分辨率区域的温差之和。

根据本发明的第二方面的一种光纤温度分布测量系统是如下的光纤温度分布测量系统，其被配置成使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，该系统包括：

温差计算器，其被配置成基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，该第一温度分布是通过来自沿着辊行铺设的光纤部的返回光而获得的，该第二温度分布是根据第一温度分布中的除了相邻的空间分辨率区域外的空间分辨率区域的温度而算出的；以及

异常检测器，其被配置成针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，并且当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定空间分辨率区域中所包括的辊出现了异常，该用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与同其相邻的空间分辨率区域的温差之和。

根据本发明的第三方面的一种光纤温度分布测量系统是如下的光纤温度分布测量系统，其被配置成使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，该系统包括：

数据处理器，其被配置成：

计算第一温度的温度分布和第二温度的温度分布，该第一温度的温度分布是通过来自沿着辊行铺设的第一光纤部的返回光而获得的，该第二温度的温度分布是通过来自在比第一光纤部距辊行更远的位置处与第一光纤部并排铺设的第二光纤部的返回光而获得的，

针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，该用于评价的温差是每个空间分辨率区域的第一温度与同其相邻的空间分辨率区域的第一温度之和以及每个空间分辨率区域的第二温度与同其相邻的空间分辨率区域的第二温度之和之间的差，并且

当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在空间分辨率区域附近的辊出现了异常。

根据本发明的第四方面的一种光纤温度分布测量方法是如下的光纤温度分布测量方法，其使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，该方法包括：

基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，该第一温度分布是通过来自沿着辊行铺设的第一光纤部的返回光而获得的，该第二温度分布是通过来自在比第一光纤部距辊行更远的位置处与第一光纤部并排铺设的第二光纤部的返回光而获得的；

针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，该用于评价的温差是每个空间分辨率区域的第一温度与同其相邻的空间分辨率区域的第一温度之和以及每个空间分辨率区域的第二温度与同其相邻的空间分辨率区域的第二温度之和之间的差；以及

当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在空间分辨率区域附近的辊出现了异常。

根据本发明，能够提供光纤温度分布测量系统和光纤温度分布测量方法，其能够通过铺设光纤的简单工作来简单地检测带式输送机的辊异常。

附图说明

图1是描绘使用根据本发明的示例性实施例的光纤温度分布测量系统来配置的带式输送机的辊异常检测系统的配置的框图。

图2是说明温差的计算和用于评价的温差的计算的示图。

图3A和图3B是说明对彼此相邻的空间分辨率区域进行相加的示图。

图4是描绘光纤温度分布测量系统的操作的流程图。

图5是描绘辊异常检测系统的另一配置的框图。

图6是说明第二温度分布的计算的示图。

具体实施方式

将参照附图来描述本发明的示例性实施例。图1是描绘使用根据本发明的示例性实施例的光纤温度分布测量系统100来配置的带式输送机的辊异常检测系统10的配置的框图。

如图1所示，被配置成检测带式输送机310的辊320的异常的光纤温度分布测量系统100具有光纤温度分布测量模块110和数据处理器120。光纤温度分布测量系统100尤其有利于带式输送机310的辊320的异常检测。然而，其还可以应用于用于其他用途的辊行(roller row)的异常检测。

本文中，多个辊320被保持在金属辊支撑柱321处并且例如沿带式输送机310的输送方向以1m为间隔设置，从而形成辊行。转动异常的辊320的温度由于在与承载部(bearingpart)或带式输送机310的接触部处的摩擦而升高。

可以使用例如光纤温度分布测量装置(DTS：分布式温度传感器)来配置光纤温度分布测量模块110。在光纤温度分布测量模块110中，作为关于温度检测的长度的单位的空间分辨率被定义为规范。空间分辨率通常为约1m并且可能根据光路径的长度而改变。

数据处理器120具有温度分布计算器121、温差计算器122和异常检测器123，并且可以使用诸如PC的信息处理设备来配置，在该信息处理设备中，已安装有被开发作为用于光纤温度分布测量装置的工具的应用软件。

光纤温度分布测量系统100被配置成通过使用当脉冲光入射到光纤上时会产生的反向散射光的拉曼散射光(其极其依赖于温度)来测量温度分布。拉曼散射光包括在光脉冲的波长的短波长侧会产生的反斯托克斯光以及在长波长侧会产生的斯托克斯光，并且其强度比与温度变化成比例地变化。

在光纤温度分布测量系统100中，光纤温度分布测量模块110和数据处理器120的温度分布计算器121被配置成执行与现有技术相同的操作。

即，光纤温度分布测量模块110被配置成使得脉冲光能够重复地入射到沿着测量目标铺设的光纤上，并且测量斯托克斯光和反斯托克斯光的强度相对于脉冲光的时间变化。斯托克斯光和反斯托克斯光的强度的时间变化对应于光纤路径上的反向散射光的产生位置。因此，温度分布计算器121被配置成基于光纤温度分布测量模块110的测量结果来计算测量目标的温度分布。

在示例性实施例中，光纤210沿着作为测量目标的辊行铺设。然而，如图1所示，光纤被铺设成环形，使得形成靠近辊行的第一光纤部211和比第一光纤部211距辊行更远的第二光纤部212。第一光纤部211具有测量辊320的温度的功能，而第二光纤部212具有测量辊320附近的环境温度的功能。第一光纤部211和第二光纤部212被笔直地铺设成与辊行平行，使得距各个辊320的距离相等。

光纤210被任意地铺设成使得第一光纤部211设置在金属辊支撑柱321附近，在该处，第一光纤部211可以检测辊320的温度的升高，并且可以确保一段距离(例如，20cm至30cm)，在该距离内，第二光纤部212不受辊320的温度升高的影响。即，不需要将光纤210环绕成线圈形状或者使光纤与金属辊支撑柱321紧密接触。因此，可以简单地铺设光纤210，使得能够减少铺设光纤的繁重工作或抑制成本增加。

数据处理器120的温差计算器122被配置成基于要通过来自第一光纤部211的返回光而获得的第一温度分布以及要通过来自第二光纤部212的返回光而获得第二温度分布，来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差。

本文中，空间分辨率区域是由空间分辨率定界的温度测量区域。即，针对每个空间分辨率区域而获得测量温度。此外，相对应的空间分辨率区域是指可以被认为是在并排铺设的第一光纤部211和第二光纤部212的辊行方向上处于相同位置的各空间分辨率区域。由于在测量结果的温度分布中可以容易地指定辊行的两端的位置，因此还可以容易地指定相对应的空间分辨率区域。

温差是表示在相对应的空间分辨率区域中第一光纤部211的测量温度相对于第二光纤部212的测量温度高多少的值。在相对应的空间分辨率区域中，假设诸如日光和风的周围环境的影响基本上相同。因此，认为温差是由于辊320的温度升高引起的辐射热而导致的，并且可以排除各种干扰的影响。

然而，辊320的温度由于异常而引起的升高是局部的并且在空间分辨率区域内平均化。因此，被表示为温差的值较小且因而难以检测。此外，当安装位置跨越各空间分辨率区域的辊320出现异常时，温度的升高分散在两个空间分辨率区域中。因此，温差进一步减小并因而难以检测。

因此，如图2所示，异常检测器123被配置成针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差。用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与在辊行方向上在每个分辨率区域前后邻接的空间分辨率区域的温差之和。当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在该空间分辨率区域附近的辊出现了异常。

上述配置基于如下事实：即使当在特定的空间分辨率区域内温度升高时，由于空间分辨率的定义，温度升高的一部分也呈现为相邻的空间分辨率区域的温度升高，如图3A所示。在相邻的空间分辨率区域中呈现的温度升高较小。然而，当求总和时，强调了温度实际上升高的空间分辨率区域的温度升高。由此，能够精确地检测由于异常辊320而引起的局部的且小的温度升高。

此外，利用相邻的空间分辨率区域的温差之和，如图3B所示，甚至当异常辊320跨越两个空间分辨率区域并且温度升高分散在每个空间分辨率区域内时，也能够利用求和得到的温度升高来执行评价。

随后，参照图4的流程图来描述示例性实施例的光纤温度分布测量系统100的操作。

首先，温度分布计算器121基于第一光纤部211的返回光来计算第一温度分布(S101)，并且还基于第二光纤部212的返回光来计算第二温度分布(S102)。

然后，温差计算器122基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差(S103)。

在计算温差之后，异常检测器123针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，该用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与相邻的空间分辨率区域的温差之和。

然后，确定是否存在所算出的用于评价的温差超过预定参考值的空间分辨率区域(S105)。当确定存在所算出的用于评价的温差超过预定参考值的空间分辨率区域时，确定在该空间分辨率区域附近的辊320出现了异常(S106)。

通过上述操作，光纤温度分布测量系统100可以检测辊320的异常。

在上述实施例中，第一光纤部211和第二光纤部212是通过将一条光纤210形成为环状而配置的。由此，第一温度分布的测量时间和第二温度分布的测量时间是相同的，通过双向测量，提高了对干扰进行去除的效果，并且改善了抗噪。然而，第一光纤部211和第二光纤部212还可以由两条独立光纤构成。

此外，在上述实施例中，温差是针对每个空间分辨率区域而算出的并与相邻的空间分辨率区域的温差相加，从而算出用于评价的温差。然而，还可以通过将相邻的空间分辨率区域的测量温度相加、然后针对每个空间分辨率区域而计算温差来计算用于评价的温差。

此外，当周围的环境温度稳定时，光纤210可以仅由第一光纤部211构成，而省略了第二光纤部212，如图5所示。由此，能够进一步简化铺设光纤的工作并节省成本。

在上述的变型配置中，使用除了相邻空间分辨率区域外的空间分辨率区域的第一温度分布来估计每个空间分辨率区域的第二温度分布。例如，如图6所示，根据相隔两个区域的前后空间分辨率区域的测量温度的平均值来估计第二温度分布。此外，可以使用其他空间分辨率区域的温度来估计第二温度分布，这是因为其他空间分辨率区域是除了相邻空间分辨率区域外的空间分辨率区域。例如，可以使用前后空间分辨率区域之一或者根据更多个空间分辨率区域的平均值来估计第二温度分布。

Claims (6)

1.一种光纤温度分布测量系统，其被配置成使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自所述光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，所述系统包括：

温差计算器，其被配置成基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，所述第一温度分布是通过来自沿着辊行铺设的第一光纤部的返回光而获得的，所述第二温度分布是通过来自在比所述第一光纤部距所述辊行更远的位置处与所述第一光纤部并排铺设的第二光纤部的返回光而获得的；以及

异常检测器，其被配置成针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，并且当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在所述空间分辨率区域附近的辊出现了异常，所述用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与同其相邻的空间分辨率区域的温差之和。

2.一种光纤温度分布测量系统，其被配置成使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自所述光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，所述系统包括：

温差计算器，其被配置成基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，所述第一温度分布是通过来自沿着辊行铺设的光纤部的返回光而获得的，所述第二温度分布是根据所述第一温度分布中的除了相邻的空间分辨率区域外的空间分辨率区域的温度而算出的；以及

异常检测器，其被配置成针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，并且当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定所述空间分辨率区域中所包括的辊出现了异常，所述用于评价的温差是每个空间分辨率区域的温差与同其相邻的空间分辨率区域的温差之和。

3.一种光纤温度分布测量系统，其被配置成使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自所述光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，所述系统包括：

数据处理器，其被配置成：

计算第一温度的温度分布和第二温度的温度分布，所述第一温度的温度分布是通过来自沿着辊行铺设的第一光纤部的返回光而获得的，所述第二温度的温度分布是通过来自在比所述第一光纤部距所述辊行更远的位置处与所述第一光纤部并排铺设的第二光纤部的返回光而获得的，

针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，所述用于评价的温差是每个空间分辨率区域的第一温度与同其相邻的空间分辨率区域的第一温度之和以及每个空间分辨率区域的第二温度与同其相邻的空间分辨率区域的第二温度之和之间的差，并且

当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在所述空间分辨率区域附近的辊出现了异常。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤温度分布测量系统，其中，所述辊行是带式输送机的辊行。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的光纤温度分布测量系统，其中，第一光纤部和第二光纤部是通过将一条光纤形成为环状而配置的。

6.一种光纤温度分布测量方法，其使得光脉冲能够入射到光纤上并且基于来自所述光纤的返回光来以空间分辨率区域为单位测量温度分布，所述方法包括：

基于第一温度分布和第二温度分布来计算相对应的空间分辨率区域之间的温差，所述第一温度分布是通过来自沿着辊行铺设的第一光纤部的返回光而获得的，所述第二温度分布是通过来自在比所述第一光纤部距所述辊行更远的位置处与所述第一光纤部并排铺设的第二光纤部的返回光而获得的；

针对每个空间分辨率区域而计算用于评价的温差，所述用于评价的温差是每个空间分辨率区域的第一温度与同其相邻的空间分辨率区域的第一温度之和以及每个空间分辨率区域的第二温度与同其相邻的空间分辨率区域的第二温度之和之间的差；以及

当所算出的用于评价的温差超过参考值时，确定在所述空间分辨率区域附近的辊出现了异常。