CN206515403U - 一种分布式光纤测温装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种分布式光纤测温装置，所述装置包括主机和探测光缆，所述主机包括脉冲激光器，波分复用器，解复用器，滤波器，数据采集装置，控制模块，所述探测光缆包括光纤和包裹光纤的外部屏蔽层，其特征在于：所述主机中的脉冲激光器发射激光，激光通过波分复用器入射至探测光缆中的光纤，入射至光纤中的激光脉冲在光纤中发生散射，同时产生后向散射光，后向散射光通过光纤返回至主机中，通过主机中的波分复用器后分别提取后向散射光中一个比光源波长长的斯托克斯光和一个比光源波长短的反斯托克斯光，通过计算光纤中任意一点中的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，获取该点的温度。该装置能够对电力电网现场的火灾进行实时监控，对温度变化敏感，测量精度高，便于电网工作人员对电网的监控和维护。

Description

一种分布式光纤测温装置

技术领域

本实用新型的探测系统适用于电力火灾探测系统领域，特别涉及一种分布式温度探测及报警领域。

背景技术

电网变电站内铺设有大量的供电电缆以及电力设备信号电缆，并连接高压电力柜。这些电缆铺设在电缆架、电缆管道以及电缆夹层中，以连接各个电力设备和电力控制室，一旦电缆发生火灾事故危害极大。而且由于电缆的铺设距离都非常近，火灾烧毁电缆后沿着电缆火势沿着电缆很容易蔓延到电力设备中，造成电力设备的漏电。变电站中的高电压还会发生放电现象，产生电火花，更加助长了火势。对人和设备造成不可估量的损失。因此，需要在火灾发生之前就及时、准确地监测到变电站内温度的异常变化，并及时发出预警使电网维护人员或工作人员能够及时采取措施，避免火灾的发生和扩散。

传统的温度测量或传感装置测量点固定，测量精度低，温度变化敏感度低，测温距离有线的缺陷，无法距离运用到区域监测的场所。针对常见的温度测量缺陷，近年来出现了更加适合的温度监测方式，光纤拉曼温度传感器。光纤拉曼温度传感器是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感产品，该系统利用拉曼散射效应和OTDR技术实现对敏感光纤所处温度场的分布式测量，与传统的电温度传感器相比，光纤拉曼温度传感器具有灵敏度高、能够抗电磁干扰、重量轻、寿命长等优点，因此可以广泛应用于电力电缆、地铁隧道、煤矿巷道、石油储罐以及大型建筑的温度监控和火灾报警中。

然而，现有技术中使用的光纤拉曼温度传感器，测量精度低，温度变化敏感性差，体积大的缺陷，导致其发现火灾的及时性不够，无法真正做到将火灾扼杀在萌芽状态，且安装不方便。

发明内容

针对以上不足，本实用新型的目的在于提供一种分布式光纤测温装置，该装置能够及时有效地检测电网变电站中的火灾源，及时发现电力电网中的火灾源头并进行预警，确保了电网设施及电网工作人员的安全。

为了实现上述目的，本实用新型通过下列技术方案来实现：

一种分布式光纤测温装置，所述装置包括主机和探测光缆，所述主机包括脉冲激光器，波分复用器，解复用器，滤波器，数据采集装置，控制模块，所述探测光缆包括光纤和包裹光纤的外部屏蔽层，其特征在于：所述主机中的脉冲激光器发射激光，激光通过波分复用器入射至探测光缆中的光纤，入射至光纤中的激光脉冲在光纤中发生散射，同时产生后向散射光，后向散射光通过光纤返回至主机中，通过主机中的波分复用器后分别提取后向散射光中一个比光源波长长的斯托克斯光和一个比光源波长短的反斯托克斯光，通过计算光纤中任意一点中的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，获取该点的温度；

作为进一步优化，所述波分复用器设置在脉冲激光器输出端，所述解复用器设置在滤波器前端的波分复用器；

作为进一步优化，所述提取斯托克斯光和反斯托克斯光为通过设置的雪崩光电二极管检波器（APD）对其进行探测；

作为进一步优化，所述计算光纤中温度的计算公式为：

T=hcv/(k[lna-ln(las/ls)])，其中，T为温度绝对值，h为普郎系数（J.S），C为光速（m/s），v为拉曼平移量（m-1)，k为鲍尔次曼常数（J/K），a为温度相关系统，las为反斯托克斯（Anti-stokes）光强，ls为斯托克斯（Sttokes）光强；

作为进一步优化，所述滤波器滤出采集的反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光，并将其转化为电信号，并进行滤波处理；

作为进一步优化，所述数据采集装置设置于滤波器后，根据所述控制模块的控制信号采集滤波器的输出，根据奈奎斯特采样定理采集模拟信号中的数据，将模拟信号转化为数字信号；

作为进一步优化，所述控制模块包括网络传输接口，控制端及输入端，所述控制模块能够根据光线温度计算公式计算光线中任一点的温度值，所述网络传输接口提供了将控制模块中计算出的温度值传输至工业控制计算机中，所述控制端用于输出控制信号控制所述主机中的各个电气单元的工作，所述输入端用于接收数据采集单元采集的数据；

作为进一步优化，所述控制模块为ARM、PLC或DSP处理芯片。

本实用新型专利提供的一种分布式光纤测温装置，能够对电力电网设备现场中可能会发生的火灾进行实时监控，与现有技术相比具有如下的有益效果：

1、对电网电力设备现场进行监控，及时发现可能存在的火灾的发生，提高了火灾报警的准确性；

2、该装置采用了自主设计的温度计算方法，能够提高火灾检测的及时性以及温度灵敏性；

3、通过网络传输端口能够将温度数据及时上传，便于工作人员对现场监控的，且不受地点的限制。

附图说明

图1是分布式光纤测温装置结构示意图；

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

一种分布式光纤测温装置，所述装置包括主机1和探测光缆，所述主机包括脉冲激光器，波分复用器，解复用器，滤波器，数据采集装置，控制模块，所述探测光缆包括光纤2和包裹光纤的外部屏蔽层3，其工作原理为：所述主机中的脉冲激光器发射激光，激光通过波分复用器入射至探测光缆中的光纤2，入射至光纤中的激光脉冲在光纤2中发生散射，同时产生后向散射光，后向散射光通过光纤2返回至主机中，通过主机中的波分复用器后分别提取后向散射光中一个比光源波长长的斯托克斯光和一个比光源波长短的反斯托克斯光，通过计算光纤中任意一点中的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，获取该点的温度；

所述波分复用器设置在脉冲激光器输出端，所述解复用器设置在滤波器前端的波分复用器；

提取斯托克斯光和反斯托克斯光为通过设置的雪崩光电二极管检波器（APD）对其进行探测；

计算光纤中温度的计算公式为：

T=hcv/(k[lna-ln(las/ls)])，其中，T为温度绝对值，h为普郎系数（J.S），C为光速（m/s），v为拉曼平移量（m-1)，k为鲍尔次曼常数（J/K），a为温度相关系统，las为反斯托克斯（Anti-stokes）光强，ls为斯托克斯（Sttokes）光强；

滤波器滤出采集的反射光中的斯托克斯光和反斯托克斯光，并将其转化为电信号，并进行滤波处理；

数据采集装置设置于滤波器后，根据所述控制模块的控制信号采集滤波器的输出，根据奈奎斯特采样定理采集模拟信号中的数据，将模拟信号转化为数字信号；

控制模块包括网络传输接口，控制端及输入端，所述控制模块能够根据光线温度计算公式计算光线中任一点的温度值，所述网络传输接口提供了将控制模块中计算出的温度值传输至工业控制计算机中，所述控制端用于输出控制信号控制所述主机中的各个电气单元的工作，所述输入端用于接收数据采集单元采集的数据；控制模块为ARM、PLC或DSP处理芯片。

上述实施例只是为了说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡是根据本实用新型内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围内。

Claims (4)

1.一种分布式光纤测温装置，所述装置包括主机和探测光缆，所述主机包括脉冲激光器，波分复用器，解复用器，滤波器，数据采集装置，控制模块，所述探测光缆包括光纤和包裹光纤的外部屏蔽层，其特征在于：所述波分复用器设置在脉冲激光器输出端，所述解复用器设置在滤波器前端的波分复用器，所述数据采集装置设置于滤波器后，根据所述控制模块的控制信号采集滤波器的输出，根据奈奎斯特采样定理采集模拟信号中的数据，将模拟信号转化为数字信号。

2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温装置，斯托克斯光和反斯托克斯光为通过设置的雪崩光电二极管检波器对其进行探测。

3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤测温装置，所述控制模块包括网络传输接口，控制端及输入端，所述控制模块能够根据光线温度计算公式计算光线中任一点的温度值，所述网络传输接口提供了将控制模块中计算出的温度值传输至工业控制计算机中，所述控制端用于输出控制信号控制所述主机中的各个电气单元的工作，所述输入端用于接收数据采集单元采集的数据。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种分布式光纤测温装置，所述控制模块为ARM、PLC或DSP处理芯片。