CN109540300A - 基于无线温度采集单元的dts在线分区校正方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正方法及装置，包括以下步骤，将沿待探测的管线路径敷设的传感光纤分成N个区域，在每个区域内埋设若一个无线温度采集装置，定期采集该区域内传感光纤周边温度信息并发射；无线信号接收装置接收每个区域的温度信息信号，并将信号转化为相应的电信号，上传至DTS主机；DTS主机将当前一组的温度信号同上一个时刻接收到的温度信号进行比较、校正，并更新各分区中的基准温度参数值，DTS主机通过带有各分区基准温度参数的公式计算出光纤链路上不同分区的温度曲线并综合显示。本发明的有益效果是分区解决链路衰减、不同位置环境变化对测温的影响，通过精细划分探测区域对基准温度进行精确、在线的校正。
Description
技术领域
本发明属于温度传感技术领域，尤其涉及一种基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正方法及装置。
背景技术
分布式光纤传感技术作为新型传感器，具有大容量、长距离、高精度、抗干扰等先天优势，近年来发展迅速。其中，分布式光纤温度传感系统(DTS)是商用化最成功的代表，它是基于温度敏感效应(温度差异)实现对线性资产(如电缆、隧道、管道)的分布式监测，在火灾监测、高温液体泄漏和高压气体泄漏等应用场景发挥作用。
DTS采用自发背向散射光作为温度变化量的信息载体，通过背向散射光强度的变化来反应温度的变化量。因此DTS系统中，基准温度的标定直接决定了分布式光纤传感系统温度探测的准确度。目前常用的温度标定方法是将探测光纤前端一定长度的光纤作为参考单元，置于恒温装置中，将此恒温装置所设定的恒定温度T0作为基准温度，通过上位机计算得到光纤链路上的解析温度T为：
其中：h为普朗克常数，c为真空中的光速，k为玻尔兹曼常数，Δγ为偏移波束，R(T)为温度T时探测到的反斯托克斯和斯托克斯光强之比，R(T0)为以T0为基准温度的反斯托克斯和斯托克斯光强之比。
一般的温度标定方法当基准温度点发生温度变化时，基准温度无法自动更新，需要重新进行基准温度的人为标定。此外，光纤链路上在光纤前端设定基准温度，由于工程应用中多种衰减的存在，光纤链路远端的温度解析精度将无法保证。针对以上问题，提出对探测路径进行分区，采用无线温度采集单元实现全链路分区在线校正。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于常温输送管线分布式光纤测温装置及测温方法，目的是提高系统温度解析精度，实时自动更新数据，提高系统可靠性，提高DTS在恶劣工程环境下的测温性能，有利于光纤传感技术的进一步推广应用。
本发明的技术方案为：
基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正方法，包括以下步骤，
第一步，将沿待探测的管线路径敷设的传感光纤分成N个区域，在每个区域内埋设若一个无线温度采集装置，定期采集该区域内传感光纤周边温度信息并发射；
第二步，无线信号接收装置接收无线温度采集装置发射的每个区域的温度信息信号，并将信号转化为相应的电信号，通过串口或USB接口上传至DTS主机；
第三步，DTS主机将当前一组的温度信号同上一个时刻接收到的温度信号进行比较、校正，并更新各分区中的基准温度参数值，DTS主机通过带有各分区基准温度参数的公式计算出光纤链路上不同分区的温度曲线并综合显示；设各分区的基准温度为Ti，i＝0,1,2,…N-1，由此得到的各分区管线探测温度曲线ti，i＝0,1,2,…N-1，计算公式如下，
其中，h为普朗克常数，c为真空中的光速，k为玻尔兹曼常数，Δγ为偏移波束，R(Ti)为第i分区中以Ti为基准温度的反斯托克斯和斯托克斯光强之比，R(ti)为i分区中ti温度下探测到的反斯托克斯和斯托克斯光强之比。
和现有技术相比，本方案基于实时分区温度校正的构思，设计了校正定标温度的方法，将传感光纤分为若干个区，每个区设置一个温度采集装置，将采集到的温度信息传输至DTS主机，DTS主机将同一区域内当前温度信号与上一时钟接受到的温度信号比较、校正，更新各分区中的基准温度参数值。本技术方案采用高精度(0.2℃)无线温度采集单元对DTS进行实时分区温度校正，具有自动校正、实时性和容错率高等优点，
基于上述方案，本发明还做出了如下改进：
进一步地，所述传感光纤有拐点时，两个拐点之间至少设置一个温度采集区域。本技术改进中，当光纤链路上有拐点时，两个拐点之间需要至少一个分区，如：探测距离12km时可以采用2km一个分区的方式，由于拐点的存在，两个拐点之间距离小于2km，需要将两个拐点之间划分为一个分区，埋设一个无线温度采集单装置。无线温度采集单元4的埋设密度会影响到光纤链路上基准温度的精确度，影响后续温度解析精度，根据情况适当划分分区个数。
本发明还涉及基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正装置，包括沿待探测管线路径敷设的传感光纤，与传感光纤连接的DTS主机；若干个分布埋设于所述传感光纤区域的无线温度采集装置，与DTS主机连接的无线信号接收装置。
所述温度采集装置包括温度探头和无线信号发射装置，所述温度探头埋设位置位于每个分区的中心且紧邻传感光纤。本技术改进中，为了避免基准温度的精确定，温度探头设置于每个区域的中心位置，且紧邻传感光纤。
所述温度探头采用防水防潮不锈钢材料，所述温度探头外套有防护外套。本技术改进中，防护外套主要用于环境恶劣的情况下。
本发明的有益效果是通过分区解决链路衰减、不同位置环境变化对测温的影响，通过精细划分探测区域对基准温度进行精确、在线的校正；实时探测并定时自动更新基准温度数据，避免了人为校准基准温度，节省了人力且提高了准确度。
附图说明
图1是发明系统结构示意图。
图中，1、DTS主机；2、无线信号接收单元；3、传感光纤；4、无线温度采集单元。
具体实施方式
如图1所示，基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正方法，包括以下步骤，
第一步，将沿待探测的管线路径敷设的传感光纤分成N个区域，在每个区域内埋设若一个无线温度采集装置，定期采集该区域内传感光纤周边温度信息并发射；
第二步，无线信号接收装置接收无线温度采集装置发射的每个区域的温度信息信号，并将信号转化为相应的电信号，通过串口或USB接口上传至DTS主机；
第三步，DTS主机将当前一组的温度信号同上一个时刻接收到的温度信号进行比较、校正，并更新各分区中的基准温度参数值，DTS主机通过带有各分区基准温度参数的公式计算出光纤链路上不同分区的温度曲线并综合显示；设各分区的基准温度为Ti，i＝0,1,2,…N-1，由此得到的各分区管线探测温度曲线ti，i＝0,1,2,…N-1，计算公式如下，
其中，h为普朗克常数，c为真空中的光速，k为玻尔兹曼常数，Δγ为偏移波束，R(Ti)为第i分区中以Ti为基准温度的反斯托克斯和斯托克斯光强之比，R(ti)为i分区中ti温度下探测到的反斯托克斯和斯托克斯光强之比。
基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正装置，包括：
DTS主机1，为光纤传感解析主机，主要实现数据解析、算法处理、温度解调等；
无线信号接收装置2，用于接收无线信号发射装置发射回的带有温度信息的无线信号并将信号传输给DTS主机进行后续的数据处理；
传感光纤3，沿探测管道埋设。
无线温度采集装置4，包括温度探头和无线信号发射装置两部分，沿管道链路埋设若干，温度探头埋设于探测光纤旁，进行温度探测，无线信号发射装置将温度探头探测到的带有温度信息的信号发射给无线信号接收装置2。无线温度采集装置4在传感光纤3的路径上采用分区埋设的方式，埋设于各分区的中心位置，当光纤链路上有拐点时，两个拐点之间需要至少一个分区。无线信号发射装置，采用电池供电，通过GPRS技术传送数据，由于数据发送耗电量大，可以采用时钟唤醒的方式，设定数据发送时间间隔，降低数据的发送次数，如：可以设定每隔2h传送一次温度数据。当要求时间间隔较小时也可以采用太阳能电池等的方式对设备进行充电。
具体的工作过程为：传感光纤3沿待探测的管线路径敷设，将若干个无线温度采集装置4的温度探头分区埋设在传感光纤周围，若干个温度探头探测到的温度信息经过对应的无线信号发射装置编码发射，无线信号接收装置2接收这些带有分区温度信息的无线信号，并将信号解析、转化为相应的电信号，通过串口或USB接口上传给DTS主机1，DTS主机1将当前一组的温度信号同上一个时钟接收到的温度信号进行比较、校正，并更新各分区中的基准温度参数值，DTS主机1通过带有各分区基准温度参数的公式计算出光纤链路上不同分区的温度曲线并综合显示在上位机软件中。
Claims (5)
1.基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正方法，其特征在于：包括以下步骤，
第一步，将沿待探测的管线路径敷设的传感光纤分成N个区域，在每个区域内埋设若一个无线温度采集装置，定期采集该区域内传感光纤周边温度信息并发射；
第二步，无线信号接收装置接收无线温度采集装置发射的每个区域的温度信息信号，并将信号转化为相应的电信号，通过串口或USB接口上传至DTS主机；
第三步，DTS主机将当前一组的温度信号同上一个时刻接收到的温度信号进行比较、校正，并更新各分区中的基准温度参数值，DTS主机通过带有各分区基准温度参数的公式计算出光纤链路上不同分区的温度曲线并综合显示；设各分区的基准温度为Ti，i＝0,1,2,…N-1，由此得到的各分区管线探测温度曲线ti，i＝0,1,2,…N-1，计算公式如下，
其中，h为普朗克常数，c为真空中的光速，k为玻尔兹曼常数，Δγ为偏移波束，R(Ti)为第i分区中以Ti为基准温度的反斯托克斯和斯托克斯光强之比，R(ti)为i分区中ti温度下探测到的反斯托克斯和斯托克斯光强之比。
2.根据权利要求1所述的基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正方法，其特征在于：所述传感光纤有拐点时，两个拐点之间至少设置一个温度采集区域。
3.基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正装置，包括沿待探测管线路径敷设的传感光纤，与传感光纤连接的DTS主机；其特征在于：还包括若干个分布埋设于所述传感光纤区域的无线温度采集装置，与DTS主机连接的无线信号接收装置。
4.根据权利要求3所述的基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正装置，其特征在于：所述温度采集装置包括温度探头和无线信号发射装置，所述温度探头埋设位置位于每个分区的中心且紧邻传感光纤。
5.根据权利要求4所述的基于无线温度采集单元的DTS在线分区校正装置，其特征在于：所述温度探头采用防水防潮不锈钢材料，所述温度探头外套有防护外套。
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