CN109269650A - 分布式光纤测温设备及其系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了分布式光纤测温设备及其系统，包括测温主机、交换机、服务器和火灾控制器，所述测温主机、交换机和服务器通过通信骨干网络相接，所述火灾控制器设置有继电器单元，且所述火灾控制器通过继电器单元与测温主机相互连接，此发明能准确及时地定位温度异常点，并显示该点温度读数及位置，响应速度快，无误报，并且系统运行稳定可靠，免维，光纤不受电磁干扰，本征安全，适用于特殊危险场合，石英光纤耐腐蚀耐老化，适合恶劣环境。
Description
技术领域
本发明涉及光纤传感技术领域，具体为分布式光纤测温设备及其系统。
背景技术
分布式光纤测温系统被广泛地应用于电力、石化、交通、建筑、水利等设施的温度监测和火灾报警中，高压传输电缆的长度很长，电缆上任何一点温度过热都可能造成巨大的经济损失，现阶段往往采用传统线性感温电缆，其原理为由两根弹性钢丝分别包敷热敏材料，绞对成型而制成。当上升到额定动作温度时，其钢丝间热敏绝缘材料造成短路从而发出报警。传统的线性感温电缆不能测量温度，只能判断温度有无超过预设值，只能根据绝缘层的材质被动地选择报警温度值，而不能根据环境设定，报警时往往已形成大灾，并且不能准确定位事故点位置，只能判断火警区域，无法反映温度实时状况，经常误报，多路分区曲线，系统结构复杂，故障率高，维护较困难，报警后，感温电缆即损坏，在潮湿，腐蚀性场合，绝缘皮极易损坏，最长寿命只有几年，因绝缘皮老化和电磁干扰等诸多因素，极易产生误报，并因其带电，故不适用于特殊危险场合。
发明内容
本发明解决的技术问题在于克服现有技术的结构复杂、可靠性差和故障率高等缺陷，提供分布式光纤测温设备及其系统。所述分布式光纤测温设备及其系统具有可靠性预报警功能和不易损坏等特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：包括测温主机、交换机、服务器和火灾控制器，所述测温主机、交换机和服务器通过通信骨干网络相接，所述火灾控制器设置有继电器单元，且所述火灾控制器通过继电器单元与测温主机相互连接。
包括测温光缆，所述测温光缆的内芯设置为带涂层的光纤，所述带涂层的光纤的外壁套设有填充凝胶的松管，所述填充凝胶的松管的外壁安装有外护套，所述填充凝胶的松管与外护套的内壁填充有多层芳纶纱。
优选的，所述测温光缆的输出端连接光缆连续盒，所述光缆连续盒的输出端与测温主机连接。
优选的，所述测温主机外接显示屏，搭配主监控软件和系统，系统应能实现状态量的自动采集、信号调理、模数转换和数据的预处理功能，应具备定期发送、响应召唤、主动报送等数据传输方式，系统应采用符合DL/T1146中关于DL/T860标准的通信协议，便于系统的兼容，所述测温主机的后壁设置有AP Sensing的外部接口，所述AP Sensing的外部接口由测温光缆接口、继电器扩展接口、网络接口和 RS232/485接口组成。
优选的，所述火灾控制器的报警数据可在软件中设置，每个区域至少应能独立设置5个报警参数：最高温度报警、温度上升速率报警、最高温度与平均温度差值(局部过热点)报警、光纤破坏报警、装置异常等报警，不同的区域应能独立报警，报警方式除主控机屏幕显示和音响报警基本要求外，并具有报警输出端口。
优选的，所述测温主机上实时显示线路上的温度变化的分布曲线，计算变化的时间步长分别为日，小时和DTS实时周期。
优选的，所述火灾控制器可以通过继电器单元中的继电器干节点输出报警信号，启动声光报警装置，也可以通过电话、短信、网络进行报警。
优选的，所述测温主机的显示屏上显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线，应能对测量区域在长度上进行分区，对某些区域进行局部重点监测。
优选的，所述测温主机的显示屏上出现报警信号时自动切换到报警总画面及故障信号所在区域的分布图，并显示故障区域最高温度。
优选的，所述测温主机中设置半导体激光光源，最大探测长度不低于10公里，且不低于12个通道，测温精度达到±1℃，空间分辨率不高于1m，测温长度不低于10公里的情况下，单通道测量时间不超过30s。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、连续分布式测量，分布式光纤传感器是真正的分布式测量，可以连续的得到沿着测温光缆几十公里的测量信息，误报和漏报率大大降低，同时实现实时监测；准确及时地定位温度异常点，并显示该点温度读数及位置，响应速度快，无误报，并且系统运行稳定可靠。
2、抗电磁干扰，在高电磁环境中可以正常的工作，光纤本身是由石英材料组成的，完全的电绝缘；同时光纤传感器的信号是以光纤为载体的，本征安全，不受任何外界电磁环境的干扰。
3、本征防雷，雷电经常破坏大量的电测传感器。光纤传感器由于完全的电绝缘，可以抵抗高电压和高电流的冲击。
4、测量距离远，适于远程监控，光纤的两个突出优点就是传输数据量大和损耗小，在无需中继的情况下，可以实现几十公里的远程监测。
5、灵敏度高，测量精度高，理论上大多数光纤传感器的灵敏度和测量精度都优于一般的传感器，实际已成熟的产品也证明了这一点。
6、测温主机和火灾控制器的配合使用，具有结构紧凑、功耗低、性能高、系统稳定和便于维护等优点。系统测量速度快，响应速度快，无误报，并可精确的定位事故点；同时系统的报警方式更加灵活，可以多重报警叠加，大大提高报警效率。
7、寿命长，成本低，系统简单易用，光纤的材料为石英玻璃，其具有不腐蚀、耐火、耐水及寿命长的特性，通常可以服役30年。综合考虑传感器的自身成本以及以后的维护费用，使用光纤传感器可以大大降低整个工程的最终经营成本。
附图说明
图1为本发明提供的分布式光纤测温系统结构示意图。
图2为本发明提供的测温光缆结构示意图；
图3为本发明提供的测温主机后壁示意图。
图中标号：1、测温主机；11、AP Sensing的外部接口；2、光缆连续盒；3、测温光缆；31、外护套；32、芳纶纱；33、填充凝胶的松管；34、带涂层的光纤；4、交换机；5、服务器；6、继电器单元；7、火灾控制器。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1、2、3，本发明提供一种技术方案：分布式光纤测温设备及其系统，包括测温主机1、交换机4、服务器5和火灾控制器 7，测温主机1、交换机4和服务器5通过通信骨干网络相接，火灾控制器7设置有继电器单元6，且火灾控制器7通过继电器单元6与测温主机1相互连接，测温光缆3的输出端连接光缆连续盒2，光缆连续盒2的输出端与测温主机1连接，测温主机1外接显示屏，搭配主监控软件和系统，系统应能实现状态量的自动采集、信号调理、模数转换和数据的预处理功能，应具备定期发送、响应召唤、主动报送等数据传输方式，系统应采用符合DL/T1146中关于DL/T860标准的通信协议，便于系统的兼容，测温主机1的后壁设置有AP Sensing 的外部接口11，AP Sensing的外部接口11由测温光缆接口、继电器扩展接口、网络接口和RS232/485接口组成，测温主机1包含光纤测温系统测温软件、尾纤等；
测温主机1的系统基于web集成操作界面设置，为多窗口中文图形界面：本系统运行于多视窗操作系统WINDOWS，中文界面，操作简单。用户用鼠标可以选定测温曲线上的任一点进行放大显示，以观察测温细节。完全按照用户的逻辑视图(电缆回路)展示所有用户界面，具有自动校准能力，配置便捷，可独立编程、授权配置，能实时监测电缆本体温度，并能在温度异常(包括温度过高，温升过快等)时发出报警及准确定位，测量距离最长可达30km，分布式光纤测温系统，满足对高压电缆的在线实时温度监测，可以保证在不超过电缆的允许运行温度的情况下，最大地发挥电缆的传输能力，降低运行成本光纤主机须是符合工业级集成度高、可靠性高的嵌入式系统而开发；测温主机1上实时显示线路上的温度变化的分布曲线，计算变化的时间步长分别为日，小时和DTS实时周期；测温主机1的显示屏上显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线，应能对测量区域在长度上进行分区，对某些区域进行局部重点监测，分区重点监测：对测量区域进行分区，分区数量可达500个，对不同分区进行不同报警参数设置，实现局部重点监测(如电缆接头)多通道循环监测：控制多路光开关实现多路测温多路光开关可以连接8条测温电缆，系统自动对每条光缆进行自动循环监测，多路测量时，测温指标不会下降；测温主机1的显示屏上出现报警信号时自动切换到报警总画面及故障信号所在区域的分布图，并显示故障区域最高温度，测温主机1中设置半导体激光光源，最大探测长度不低于10公里，且不低于12个通道，测温精度达到±1℃，空间分辨率不高于1m，测温长度不低于10 公里的情况下，单通道测量时间不超过30s，电缆运行温度监测功能：具备实时监测记录电缆的全程不间断运行温度，光纤测温系统须显示每个区域温度情况、实时曲线、历史曲线及所在区域电缆信息，可方便查询任意时段历史数据；
火灾控制器7可以通过继电器单元6中的继电器干节点输出报警信号，启动声光报警装置，也可以通过电话、短信、网络进行报警，火灾控制器7的报警数据可在软件中设置，每个区域至少应能独立设置5个报警参数：最高温度报警、温度上升速率报警、最高温度与平均温度差值(局部过热点)报警、光纤破坏报警、装置异常等报警，不同的区域应能独立报警，报警方式除主控机屏幕显示和音响报警基本要求外，并具有报警输出端口，火灾控制器7的报警装置设置，用户可以对感兴趣的地方设置报警，既可以对一个单点，也可以对一段长度。如果温度超过设置的报警温度，一个报警信号就被发出；用户可以编辑设置报警处理方式，如发短信、闪灯、鸣笛等；报警方式：在检测点/区域可以设置多个报警参数；温度过高报警：设定电缆工作的最高温度，超过时报警；温度过低报警：设置最低温度值，低于此值时报警，以发现异常情况；差温报警：某点温度与平均温度差别过大时报警，用于判别局部过热点；温升过快报警：设置单位时间内允许温度的变化率，超过此值时报警，用于发现温度异常点；与前次温度比较报警：设置与上一次温度的相对变化报警，用于发现突发异常点；光纤破坏报警：测温光纤断裂时，系统自动报警；报警处理时，报警时屏幕上显示报警区域信息，并与其他控制设备联动；根据系统设置预案进行处理，通过短信、网络报警；出现报警信号时自动切换到报警总画面及故障信号所在区域的分布图，显示报警区域信息，包括温度数据、位置数据、报警区域电缆测温曲线等；通过继电器干节点输出报警信号，启动声光报警装置，也可以通过电话、短信、网络进行报警，报警分工作级和管理级两层，按照事件的重要级别发送到工作层人员和全部人员(包括负责人)，报警信息永久保存。分布式光纤测温系统被广泛地应用于电力、石化、交通、建筑、水利等设施的温度监测和火灾报警中，实时了解设备的温度状态，一旦有异常情况及时发出预警信息，分布式光纤测温系统十分适合于高压传输设备 (隧道高压电缆、变压器、高压开关等)工作温度的实时在线监测。高压传输电缆的长度很长，电缆上任何一点温度过热都可能造成巨大的经济损失，因此，通过对高压电缆工作温度的在线实时监测，发现温度过高点和温度变化异常点，提醒有关人员及时进行分析处理，查找、排除过热原因，保证电力设备正常运行，提高整个电力系统的安全系数。
请参阅图2，本发明提供一种技术方案：分布式光纤测温设备及其系统，测温光缆3的内芯设置为带涂层的光纤34，带涂层的光纤 34的外壁套设有填充凝胶的松管33，填充凝胶的松管33的外壁安装有外护套31，填充凝胶的松管33与外护套31的内壁填充有多层芳纶纱32，带涂层的光纤34采用Sensor-T类型，Sensor-T是一个内部50/125μm的多模光纤，外部为低烟无卤，阻燃型热塑材料，此种光缆更加柔软，便于安装，同时外护套31也具有很好的热传导特性和抗腐蚀特性，此外该光缆不带有任何金属结构，完全绝缘，非常适合高压电缆的温度监测。
本发明工作原理，本发明首先监测隧道电缆温度时，测温光缆3 敷设与电缆表面，通过扎带绑扎固定；并在电缆中间接头采取加强敷设来实现对电缆接头的重点监控；再将测温光缆3通过光缆连续盒2 的传递连接到测温主机1上，测温主机、交换机和服务器通过通信骨干网络相接，测温主机1再安装测温系统，测温主机1通过继电器单元与火灾控制器相互连接，测温主机1中设置以后半导体激光，激光在光纤中传播时会发生拉曼散射，反射回两种不同波长的Stokes光和Antistokes光，通过对比两束光的强度就可以计算出温度沿光纤的分布曲线；可以准确测量沿待测对象长度范围内每点的温度，温度精度高；光纤测温系统由区域控制层(多路光转换开关、带激光光源的控制器、通信主机含软件)和电缆隧道内的感温光缆构成，可以实时监测运行电缆的缆表温度，一旦电缆缆表温度达到报警设定值，即输出报警信息；同时也可通过网络的形式把数据发送给工控机，可以随时掌握电缆实时温度，当发现电缆运行温度异常时，火灾控制器7 具备报警功能，可以发出警报，及时将火灾消灭，其测温范围在-50～ 150℃，可任意设定多级定温报警值及温升速率报警，实时显示温度分布曲线，在火灾发生前做到早期预警，准确及时地定位温度异常点，并显示该点温度读数及位置，响应速度快，无误报，并且系统运行稳定可靠，免维，光纤不受电磁干扰，本征安全，适用于特殊危险场合，无误报，石英光纤耐腐蚀耐老化，适合恶劣环境。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.分布式光纤测温设备及其系统，包括测温主机(1)、交换机(4)、服务器(5)和火灾控制器(7)，其特征在于：所述测温主机(1)、交换机(4)和服务器(5)通过通信骨干网络相接，所述火灾控制器(7)设置有继电器单元(6)，且所述火灾控制器(7)通过继电器单元(6)与测温主机(1)相互连接。
2.分布式光纤测温设备及其系统，包括测温光缆(3)，其特征在于：所述测温光缆(3)的内芯设置为带涂层的光纤(34)，所述带涂层的光纤(34)的外壁套设有填充凝胶的松管(33)，所述填充凝胶的松管(33)的外壁安装有外护套(31)，所述填充凝胶的松管(33)与外护套(31)的内壁填充有多层芳纶纱(32)。
3.根据权利要求1-2所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述测温光缆(3)的输出端连接光缆连续盒(2)，所述光缆连续盒(2)的输出端与测温主机(1)连接。
4.根据权利要求1所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述测温主机(1)外接显示屏，搭配主监控软件和系统，系统应能实现状态量的自动采集、信号调理、模数转换和数据的预处理功能，应具备定期发送、响应召唤、主动报送等数据传输方式，系统应采用符合DL/T1146中关于DL/T860标准的通信协议，便于系统的兼容，所述测温主机(1)的后壁设置有APSensing的外部接口(11)，所述APSensing的外部接口(11)由测温光缆接口、继电器扩展接口、网络接口和RS232/485接口组成。
5.根据权利要求1所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述火灾控制器(7)的报警数据可在软件中设置，每个区域至少应能独立设置5个报警参数：最高温度报警、温度上升速率报警、最高温度与平均温度差值(局部过热点)报警、光纤破坏报警、装置异常等报警，不同的区域应能独立报警，报警方式除主控机屏幕显示和音响报警基本要求外，并具有报警输出端口。
6.根据权利要求1-4所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述测温主机(1)上实时显示线路上的温度变化的分布曲线，计算变化的时间步长分别为日，小时和DTS实时周期。
7.根据权利要求1-5所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述火灾控制器(7)可以通过继电器单元(6)中的继电器干节点输出报警信号，启动声光报警装置，也可以通过电话、短信、网络进行报警。
8.根据权利要求1-4所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述测温主机(1)的显示屏上显示线路上的温度分布曲线、各点温度随时间变化曲线，应能对测量区域在长度上进行分区，对某些区域进行局部重点监测。
9.根据权利要求1-4所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述测温主机(1)的显示屏上出现报警信号时自动切换到报警总画面及故障信号所在区域的分布图，并显示故障区域最高温度。
10.根据权利要求1所述的分布式光纤测温设备及其系统，其特征在于：所述测温主机(1)中设置半导体激光光源，最大探测长度不低于10公里，且不低于12个通道，测温精度达到±1℃，空间分辨率不高于1m，测温长度不低于10公里的情况下，单通道测量时间不超过30s。
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- 2018-11-19 CN CN201811373458.6A patent/CN109269650A/zh active Pending
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