0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看威廉希尔官方网站 视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

关于基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的研究与实现

电子设计 来源:网络整理 作者:工程师吴畏 2018-06-28 11:27 次阅读

0 引言

目前,大电网、超高压、自动化、大容量是我国电力系统发展的方向,监测地下电缆的温度可进行电网输配电能力的优化,这种需求增长迅速[1]。地下的电网系统在正常的极限设计当中不会出现负载运行的情况,但是社会发展随之而来的就是社会用电量增大,在相应情况下电网的负载也越来越大,各种各样的设备和系统相连接,使得事故发生的概率增大了,可能造成巨大经济损失[2]。在线监测系统下,电缆事故隐患可降低或彻底消除,在今后,温度监测系统对电缆的运行状态进行检测将会普及[3]。分布式光纤的温度检测系统是实现电缆在线检测的一个好方法,在进行常规测量时能够实现多点测量和在线测量,有效解决电缆出现的燃烧、高温、火灾、爆炸等事故,应用前景非常广泛[4]。本文设计出分布式光纤测温系统,并通过室内和室外试验对仪器的稳定性和准确性进行了验证。

1 测温系统的方案设计

1.1 光纤分布式测温的实现过程

图1为分布式光纤测温系统框图。在图1中,光纤具有传感器和传输介质两个作用。系统的组成包括光学部分、信号采集部分、信号处理部分。光学部分组成包括激光发射、脉冲驱动电源、光电检测、波分复用器(WDM)、传感光纤;信号采集和处理部分组成包括模数转换、信号放大、数据采集、数据处理。在进行传感光纤布置时,布置方向为电缆长度的方向,启动计算机控制的电路脉冲,将会使得电流源半导体激光器被驱动起来从而进行工作。通过波分复用器WDM输出LD,光纤中被射入激光。根据现场的具体实际情况,其温度信息会由拉曼散射光携带,散射光的采集由光电二极管(APD)进行,完成光电间的转换。因拉曼散射光较弱,采用放大器对拉曼散射光信号放大处理。测量结果通过模数转换器进行转换,形成数字量。监控系统可以借助主机实现网络的管理和监测。

关于基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的研究与实现

1.2 数据采集和处理

散射光信号较弱是拉曼散射测温系统的主要缺点,散射光信号约为入射光的0.93%,信噪比非常小,在噪声中,几乎完全淹没了测量信息,信号处理单元以DSP系统为核心,主要是对光电检测器输出信号进行放大、采样和处理,并将温度解调出。在噪声条件下,对放大微弱信号幅值进行有效抑制是数据处理的核心。

1.2.1 拉曼散射信号的特点

拉曼散射信号信噪比较低,在噪声中,有用温度信息会被淹没;有用温度信息具有较低频率,噪声具有较高频率;信号噪声强度远端大,近端小。因此,系统提出使用将小波分析和累加平均结合的方法对采集的数据进行处理,这样得到的温度信号更为准确。

1.2.2 信号预处理

在光纤测温系统中,噪声具有零均值统计特性,系统中的低频噪声干扰可通过数字累加的方式将其去除,通过噪声的统计特性进行降噪。通过数字平均的方法处理信号,提高信噪比,在DSP内存单元中,依次对一次测量的N点数据进行存储,对于下一次测量的N点数据,将其与内存对应单元数据进行相加,然后将其放回原内存单元,这样的循环进行M次,然后各单元进行求平均。通过将每次测量的N点数据以向量形式表达,用式(1)表示第i次测量结果:

关于基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的研究与实现

1.2.3 测温实验

在1 km长的光纤中,将两个光纤点A、B加热,进行本研究研制的分布式光纤测温系统的温度空间分布特性、拉曼光时域反射的测温实验,在1 km长的光纤100 m(A点)、500 m(B点)处,用2个55 ℃的热源进行点辐射加热,图2为温度点布置。

关于基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的研究与实现

通过实验测得,本研究研制的系统温度测量长度范围可达到0~12 km,2 m为最小的采样分辨率,同时也是最小的空间分辨率。系统能够测量在12 km范围内的电缆温升情况,同时还能够对微小温升情况作预判,方便后续维修工作。

2 应用实例

2.1 室内实验

室内试验在恒温的水槽中进行,其中放入一段多模光纤,加热使水保持在26 ℃、32 ℃、38 ℃、44 ℃、50 ℃、56 ℃,将DTS测出的温度值和实际的水温进行对比,能够得出其测量的精度较高,达到了实验需要。图3为温度标定数据图,可看出最大测量误差为0.25 ℃。

关于基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的研究与实现

2.2 室外实验

试验地点为沈阳市郊某大桥上游河滩上,试验场地尺寸为6.5 m×6.5 m×6.5 m,用于测温的光纤是以蛇形分布被埋于地下的,分为4个层次,每一层之间的间隔以米为单位。水注射进去之后实现温度的测量保证光纤温度的恒定。从11:20:22开始注水试验,试验水温17.4℃~16.1℃,持续300 min,在注水过程中,全程进行温度监测。从底部第四层开始铺设光纤,由上而下,每层光纤长度分别为:105m~138m、71m~104m、35m~70m、0m~34m。在注水后,选取A(13.10.22)、B(16.10.22)、C(11.10.22)3个时间点的温度进行比较,从图4可看出,通过传感光纤,各层温度变化情况能得到很好反映。在地层深度不同时,原温度分布为规则阶梯状,在水流通道、注水点处,随着注水的进行,温度出现异常,比原温度增高明显。在13:10:22时,曲线A整体温度较高,有一部分地理气候原因,同时和试验地较多砾石底层温度较低也是密不可分的。第1层具有较高地温,在注水后,周围温度变化较小,第2层、第4层在注水点的周围温度升高的情况比较明显。分布式光纤的测温威廉希尔官方网站 既能够实现自动检测,同时还能够实现分布式的温度测量,在实际应用中非常方便。

关于基于拉曼散射的分布式光纤测温系统的研究与实现

3 结论

本文对拉曼散射斯托克斯光和反斯托克斯光比值与温度分布的关系进行了分析,并给出光时域反射距离定位解析表达式,设计出分布式光纤测温系统,并通过室内和室外试验对仪器的稳定性和准确性进行了验证。室内对恒温槽的水温进行测量,其最大测量误差为0.25 ℃,室外实验地点在沈阳市郊某大桥上游河滩上,对埋入地下的四层光纤进行注水并测温,通过传感光纤,各层温度变化情况能得到很好反映。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 光纤
    +关注

    关注

    19

    文章

    3913

    浏览量

    73140
  • 测温系统
    +关注

    关注

    0

    文章

    115

    浏览量

    21991
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    分布式光纤测温系统DTS

    关于分布式光纤测温系统的简介说明
    发表于 10-18 14:01

    分布式光纤传感的实现

      分布式光纤传感从最初基于光时域反射(OTDR)的瑞利散射系统开始,经历了基于OTDR的喇散射
    发表于 11-13 11:13

    分布式传感器在电力电缆温度系统中的应用

    完整的信息,采用基于分布式光纤传感系统,该系统在空间狭小、强电磁场、易燃及易爆等恶劣环境中具
    发表于 11-14 15:44

    分布式光纤传感测量系统的工作原理是什么?

    弯曲灵活、体积小和抗电磁干扰强等特点。高压电力电缆网是呈一定空间分布的场,为了获得被测对象较完整的信息,采用基于分布式光纤传感
    发表于 10-08 12:55

    基于布里渊散射分布式光纤传感器的进展

    目的 介绍了基于布里渊散射分布式光纤传感器的当前进展及趋势. 方法 给出了基于布里渊散射分布式光纤
    发表于 07-13 08:58 29次下载

    分布式光纤测温系统的分析

    基于散射分布式光纤测温系统利用
    发表于 12-23 10:04 37次下载

    散射分布式光纤温度传感器频域反射法

    散射分布式光纤温度传感器频域反射法 目前,对分布式光纤温度传感器的
    发表于 03-01 16:16 761次阅读
    喇<b class='flag-5'>曼</b><b class='flag-5'>散射</b>型<b class='flag-5'>分布式</b><b class='flag-5'>光纤</b>温度传感器频域反射法

    分布式光纤测温的基本原理及其传感过程简介

    分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种:基于瑞利散射、基于
    发表于 10-25 10:32 77次下载

    基于散射测温系统的改善和方案设计

    ,造成了很大的经济损失,使得对光纤沿线的温度进行实时监测具有很大的实用意义。基于散射分布式光纤
    发表于 08-05 11:51 2403次阅读
    基于<b class='flag-5'>拉</b><b class='flag-5'>曼</b><b class='flag-5'>散射</b>的<b class='flag-5'>测温</b><b class='flag-5'>系统</b>的改善和方案设计

    散射分布式光纤传感威廉希尔官方网站 的原理及有哪些应用

    分布式光纤传感威廉希尔官方网站 具有提取大范围被测场分布信息的能力,能够解决目前测量领域的众多难题,因此,具有巨大的应用潜力。在其三十余年的研究中,产生了一系列传感机理和测量
    的头像 发表于 12-31 14:16 9263次阅读

    高精度分布式光纤测温系统

    高精度分布式光纤测温系统(DTS) 是基于光纤
    发表于 11-24 15:29 1814次阅读
    高精度<b class='flag-5'>分布式</b><b class='flag-5'>光纤</b><b class='flag-5'>测温</b><b class='flag-5'>系统</b>

    分布式光纤测温系统的应用领域

    一、分布式光纤测温系统简介 分布式光纤测温
    的头像 发表于 08-11 16:32 2075次阅读
    <b class='flag-5'>分布式</b><b class='flag-5'>光纤</b><b class='flag-5'>测温</b><b class='flag-5'>系统</b>的应用领域

    分布式光纤测温是什么?应用领域是?

    分布式光纤测温是一种先进的温度测量威廉希尔官方网站 ,它利用光纤散射
    的头像 发表于 10-24 15:30 343次阅读
    <b class='flag-5'>分布式</b><b class='flag-5'>光纤</b><b class='flag-5'>测温</b>是什么?应用领域是?

    光纤测温威廉希尔官方网站 在电缆中的应用

    光纤测温威廉希尔官方网站 在电缆中的应用主要体现在分布式光纤测温系统(DTS)上。以下是对
    的头像 发表于 11-06 14:25 235次阅读

    分布式光纤测温解决方案

    分布式光纤测温解决方案
    的头像 发表于 11-12 01:02 143次阅读
    <b class='flag-5'>分布式</b><b class='flag-5'>光纤</b><b class='flag-5'>测温</b>解决方案