CN114353997A - 一种分布式光纤测温系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分布式光纤测温系统，包括测温主机，与所述测温主机相连的脉冲激光器、数据采集卡；所述脉冲激光器的输出端依次连接有波分复用器和测温光纤；所述数据采集卡与波分复用器通过APD探测器相连；所述测温光纤的首端和末端均设有恒温槽；所述脉冲激光器发出的激光脉冲信号经波分复用器进入测温光纤，测温光纤向波分复用器反馈斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，波分复用器将散射光发射至APD探测器，APD探测器将光信号转化为电信号后传输至数据采集卡，数据采集卡将电信号发送给测温主机；测温主机根据接收到的电信号及测温光纤首端、末端的温度数据，计算得到测温光纤沿线的温度分布曲线。

Description

一种分布式光纤测温系统

技术领域

本发明属于光纤测温技术领域，具体涉及一种分布式光纤测温系统。

背景技术

智能电网属于电力系统，其中包括发电厂、高压电网、变电站、配电站等，具体的有发电机、变压器、电力电缆、开关等电力设备。这些设备通常在高电压、强电场、热负荷等环境下工作，且工作环境无人值守也无人为监控。电网作为工程基础设施系统，涉及千家万户的用电需求，电力设施设备的运行温度是保障电网安全运行的一个重要因素。无论是电力电缆、变压器还是其他电气设备，作为电力系统的重要环节都可能因为一些电路问题或者外界因素而导致局部过热或者产生电弧火花而导致火灾从而造成巨大的经济损失。因此为了避免这样的恶性事件，急需对电力设备进行全方位的温度监测。

目前传统的温度探测器均采用点探测工作方式，这样的工作方式不仅不适合强电磁的工作环境，并且对于长距离多点探测有着相当大的困难。针对传统探测方式的不足，近年来出现的分布式光纤测温方式结合后向拉曼散射效应和光时域分析(OTDR)技术利用传感光纤实现对温度场的一个分布式测量，与传统的温度测量方式相比，分布式光纤测温传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、长距离多点探测等优点，因此可以广泛地应用在电力系统，轨道交通、煤矿巷道以及大型建筑的温度监控和火灾报警当中。

分布式光纤温度传感技术主要利用了光学非线性效应中拉曼散射光信号的强度与温度的相关性，通过对光纤不同位置处激发产生的拉曼散射光信号进行探测与强度分析进而实现光纤不同位置处温度的测量。分布式光纤温度传感技术中的光纤即是传感器也是信息传输媒介，该技术具有传感器结构灵活、分布连续、监测距离长、工作温度高等特点，因此在消防与火灾预警、油井勘测等领域具有广泛应用前景。

在实际的工程测量实践中，分布式光纤测温系统设计和实际测量使用方面还有一些无法克服的缺陷：如现有的分布式光纤测温系统，只能实时监测沿线的温度分布数据，无法对未来的温度分布进行预测；而在实际应用过程中，电缆的温度很多情况下并非是突然升高的，很多都是随着时间进行热累积最终导致燃烧；而目前的分布式光纤测温系统不仅无法预测到未来沿线的温度数据，更不能准确定位未来温度异常的位置信息。这些缺陷导致现有的分布式光纤测温系统仍无法解决大部分电缆温度异常导致的事故问题。

如公开号为CN111551280A的中国专利公开了一种用于分布式光纤的测温系统，包括光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、数据处理模块和定标控温模块，所述光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、数据处理模块和定标控温模块均安装在主板上，所述光信号发射模块、光信号接收模块、光波分复用模块、数据处理模块和定标控温模块通过主板相互连接，该专利结构科学合理，使用安全方便，可以连续得到大量的测量信息，误报和漏保率大大降低，同时实现了实时监测，并且通过数据处理中计算方式，测量其光纤的温度，并且进行定标控温，而对于数据进行了数据保存、对比和备份，从而进行论正常控温。但是，该专利仍无法解决上述提到的缺陷问题。

因此，亟需提出一种分布式光纤测温系统来解决上述缺陷问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种分布式光纤测温系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种分布式光纤测温系统，包括测温主机，与所述测温主机相连的脉冲激光器、数据采集卡；所述脉冲激光器的输出端依次连接有波分复用器和测温光纤；所述数据采集卡与波分复用器通过APD探测器相连；所述测温光纤的首端和末端均设有恒温槽；所述脉冲激光器发出的激光脉冲信号经波分复用器进入测温光纤，测温光纤向波分复用器反馈斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，波分复用器将散射光发射至APD探测器，APD探测器将光信号转化为电信号后传输至数据采集卡，数据采集卡将电信号发送给测温主机；测温主机根据接收到的电信号及测温光纤首端、末端的温度数据，计算得到测温光纤沿线的温度分布曲线。

具体地，所述测温主机还连接有预测模块，所述预测模块包括：存储单元、时序单元和预估单元；

所述时序单元用于计时；

所述存储单元用于存储各个时间节点测温光纤沿线各个位置节点的温度分布数据；

所述预估单元用于根据多个历史时间节点的温度分布数据，预估未来多个时间节点测温光纤沿线的温度分布数据。

所述预估单元基于多个历史时间节点的温度分布数据进行曲线拟合，从而预测未来时刻的温度分布数据。

进一步地，所述时间节点的设置模式包括自适应模式和手动模式；

在手动模式下，用户可手动设置时间节点间隔，每隔一个时间节点间隔获取一次温度分布数据；

在自适应模式下，测温主机根据测温光纤沿线的温度分布数据随时间的波动频率，自适应调节时间节点间隔。

进一步地，所述自适应调节时间节点间隔的方法为：设置初始时间节点间隔Δt，在预设时间T内，若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数大于n次，则时间节点间隔调整为Δt-dt，dt为每次调整的单位时间间隔；若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数小于m次，则时间节点间隔调整为Δt+dt；若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数大于m次且小于n次，则时间节点间隔维持不变。

进一步地，所述有效波动定义为：测温光纤沿线的温度分布数据中，相邻时间节点的温度差值大于预设值的波动。

具体地，所述测温光纤沿线的温度分布数据包括多个位置节点的温度监测值，所述位置节点的设置模式包括手动模式和自适应模式；

在手动模式下，用户可自由选择测温光纤沿线任意位置的至少一处位置作为位置节点；

在自适应模式下，测温主机根据测温光纤沿线的温度分布数据，自适应调节位置节点的数量和位置。

进一步地，所述自适应调节位置节点的方法为：设置初始位置节点的数量，根据测温光纤的长度，将多个位置节点均匀沿测温光纤长度方向布设；在某一时间节点，若监测到相邻两个位置节点的温差小于预设值，则将该相邻的两个位置节点合并为一个位置节点，新的位置节点位于原相邻两位置节点的中点位置；若监测到相邻两个位置节点的温差大于预设值，则新增一个位置节点，新增的位置节点位于原相邻两位置节点的中点位置。

具体地，所述测温主机还连接有报警模块，当预测模块预估到未来某个时间节点测温光纤沿线某位置节点的温度预测值超过标准范围时，所述报警模块响应报警提示。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明不仅可以实时监测测温光纤沿线的温度分布数据，还可以根据历史的温度分布数据预测未来某个时间节点测温光纤沿线某位置节点的温度预测值，从而对未来的风险做到提前预知、提前防范；可有效避免大部分电缆温度异常导致的事故；另外，本发明不仅支持手动设置监测时间节点和位置节点，还提供时间节点和位置节点的自适应调节模式，系统可根据实时监测的温度数据波动和分布情况来自动调节时间节点和位置节点；从而在保证不漏检的前提下最大限度地节省系统能耗，降低系统负荷。

附图说明

图1为本发明实施例一种分布式光纤测温系统的整体结构示意框图。

图2为本发明实施例中预测模块的结构示意框图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明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条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例提供了一种分布式光纤测温系统，包括测温主机，与所述测温主机相连的脉冲激光器、数据采集卡；所述脉冲激光器的输出端依次连接有波分复用器和测温光纤；所述数据采集卡与波分复用器通过APD探测器相连；所述测温光纤的首端和末端均设有恒温槽；所述脉冲激光器发出的激光脉冲信号经波分复用器进入测温光纤，测温光纤向波分复用器反馈斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，波分复用器将散射光发射至APD探测器，APD探测器将光信号转化为电信号后传输至数据采集卡，数据采集卡将电信号发送给测温主机；测温主机根据接收到的电信号及测温光纤首端、末端的温度数据，计算得到测温光纤沿线的温度分布曲线。

具体地，如图2所示，所述测温主机还连接有预测模块，所述预测模块包括：存储单元、时序单元和预估单元；

所述时序单元用于计时；

所述存储单元用于存储各个时间节点测温光纤沿线各个位置节点的温度分布数据；

所述预估单元用于根据多个历史时间节点的温度分布数据，预估未来多个时间节点测温光纤沿线的温度分布数据。

所述预估单元基于多个历史时间节点的温度分布数据进行曲线拟合，从而预测未来时刻的温度分布数据。

进一步地，所述时间节点的设置模式包括自适应模式和手动模式；

在手动模式下，用户可手动设置时间节点间隔，每隔一个时间节点间隔获取一次温度分布数据；

在自适应模式下，测温主机根据测温光纤沿线的温度分布数据随时间的波动频率，自适应调节时间节点间隔。

进一步地，所述自适应调节时间节点间隔的方法为：设置初始时间节点间隔Δt，在预设时间T内，若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数大于n次，则时间节点间隔调整为Δt-dt，dt为每次调整的单位时间间隔；若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数小于m次，则时间节点间隔调整为Δt+dt；若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数大于m次且小于n次，则时间节点间隔维持不变。

进一步地，所述有效波动定义为：测温光纤沿线的温度分布数据中，相邻时间节点的温度差值大于预设值的波动。

本实施例中，在时间节点的设置模式选择上，用户可选择手动模式与自适应模式相结合，也可以单独采用手动模式或自适应模式；当用户选择手动模式与自适应模式结合的混合模式时，可以根据实际项目需求，选择若干个特定的时间节点作为监测节点(如项目需要每天早上6点、中午12点和下午6点的监测数据)，剩下的时间节点可通过自适应模式来调节；这样一来，在后续的自适应调节过程中，不会将几个特定的时间节点删掉，保证了重要时间节点的温度监测，同时节省了系统资源。

具体地，所述测温光纤沿线的温度分布数据包括多个位置节点的温度监测值，所述位置节点的设置模式包括手动模式和自适应模式；

在手动模式下，用户可自由选择测温光纤沿线任意位置的至少一处位置作为位置节点；

在自适应模式下，测温主机根据测温光纤沿线的温度分布数据，自适应调节位置节点的数量和位置。

本实施例中，用户可选择手动模式与自适应模式相结合，也可以单独采用手动模式或自适应模式；当用户选择手动模式与自适应模式结合的混合模式时，可以根据实际项目需求，选择若干个特定的位置节点作为监测节点，剩下的位置节点可通过自适应模式来调节；这样一来，在后续的自适应调节过程中，不会将几个特定的位置节点删掉，保证了重要位置的温度监测，同时节省了系统资源。

进一步地，所述自适应调节位置节点的方法为：设置初始位置节点的数量，根据测温光纤的长度，将多个位置节点均匀沿测温光纤长度方向布设；在某一时间节点，若监测到相邻两个位置节点的温差小于预设值，则将该相邻的两个位置节点合并为一个位置节点，新的位置节点位于原相邻两位置节点的中点位置；若监测到相邻两个位置节点的温差大于预设值，则新增一个位置节点，新增的位置节点位于原相邻两位置节点的中点位置。

具体地，所述测温主机还连接有报警模块，当预测模块预估到未来某个时间节点测温光纤沿线某位置节点的温度预测值超过标准范围时，所述报警模块响应报警提示。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、平台(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

本说明书可以在由计算机执行的计算机可执行指令的一般上下文中描述，例如程序模块。一般地，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等等。也可以在分布式计算环境中实践本说明书，在这些分布式计算环境中，由通过通信网络而被连接的远程处理设备来执行任务。在分布式计算环境中，程序模块可以位于包括存储设备在内的本地和远程计算机存储介质中。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。在一个典型的配置中，计算机包括一个或多个处理器(CPU)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(RAM)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(ROM)或闪存(flash RAM)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带、磁盘存储、量子存储器、基于石墨烯的存储介质或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施方式”、“某些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施方式或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案。

Claims (8)

1.一种分布式光纤测温系统，其特征在于，包括测温主机，与所述测温主机相连的脉冲激光器、数据采集卡；所述脉冲激光器的输出端依次连接有波分复用器和测温光纤；所述数据采集卡与波分复用器通过APD探测器相连；所述测温光纤的首端和末端均设有恒温槽；所述脉冲激光器发出的激光脉冲信号经波分复用器进入测温光纤，测温光纤向波分复用器反馈斯托克斯散射光和反斯托克斯散射光，波分复用器将散射光发射至APD探测器，APD探测器将光信号转化为电信号后传输至数据采集卡，数据采集卡将电信号发送给测温主机；测温主机根据接收到的电信号及测温光纤首端、末端的温度数据，计算得到测温光纤沿线的温度分布曲线。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述测温主机还连接有预测模块，所述预测模块包括：存储单元、时序单元和预估单元；

所述时序单元用于计时；

所述存储单元用于存储各个时间节点测温光纤沿线各个位置节点的温度分布数据；

所述预估单元用于根据多个历史时间节点的温度分布数据，预估未来多个时间节点测温光纤沿线的温度分布数据。

3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述时间节点的设置模式包括自适应模式和手动模式；

在手动模式下，用户可手动设置时间节点间隔，每隔一个时间节点间隔获取一次温度分布数据；

在自适应模式下，测温主机根据测温光纤沿线的温度分布数据随时间的波动频率，自适应调节时间节点间隔。

4.根据权利要求3所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述自适应调节时间节点间隔的方法为：设置初始时间节点间隔Δt，在预设时间T内，若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数大于n次，则时间节点间隔调整为Δt-dt，dt为每次调整的单位时间间隔；若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数小于m次，则时间节点间隔调整为Δt+dt；若测温光纤沿线的温度分布数据的有效波动次数大于m次且小于n次，则时间节点间隔维持不变。

5.根据权利要求4所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述有效波动定义为：测温光纤沿线的温度分布数据中，相邻时间节点的温度差值大于预设值的波动。

6.根据权利要求2所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述测温光纤沿线的温度分布数据包括多个位置节点的温度监测值，所述位置节点的设置模式包括手动模式和自适应模式；

在手动模式下，用户可自由选择测温光纤沿线任意位置的至少一处位置作为位置节点；

在自适应模式下，测温主机根据测温光纤沿线的温度分布数据，自适应调节位置节点的数量和位置。

7.根据权利要求6所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述自适应调节位置节点的方法为：设置初始位置节点的数量，根据测温光纤的长度，将多个位置节点均匀沿测温光纤长度方向布设；在某一时间节点，若监测到相邻两个位置节点的温差小于预设值，则将该相邻的两个位置节点合并为一个位置节点，新的位置节点位于原相邻两位置节点的中点位置；若监测到相邻两个位置节点的温差大于预设值，则新增一个位置节点，新增的位置节点位于原相邻两位置节点的中点位置。

8.根据权利要求2所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述测温主机还连接有报警模块，当预测模块预估到未来某个时间节点测温光纤沿线某位置节点的温度预测值超过标准范围时，所述报警模块响应报警提示。

Images