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背景介绍

  分布式光纤测温系统(Distributed Temperature Sensing system, DTS)利用光作为温度信息的载体,用光纤作为传递温度信息媒质,得到光纤上各点的温度分布;另外利用光时域反射测量技术(Optical Time-Domain Reflectometry, OTDR)来获取空间温度分布信息。

  分布式系统中,光纤既是传感介质,又是被测量的传输介质,因此传感部分结构简单;与点式传感器相比,单位长度内信息获取成本大大降低,性价比高;并且其突出优点就是可以在很大的空间范围内进行连续传感。再结合光纤固有的特性,例如耐高温高压、抗腐蚀、抗雷击、耐受复杂恶劣条件、抗射频和电磁干扰、体积小、重量轻等,分布式光纤测温系统适用性非常强,应用广泛。

分布式光纤测温系统的典型应用包括:

  1. 油田天然气竖井的温度检测
  2. 高压电缆温度监测
  3. 大型变压器的温度监测
  4. 各种管道(天然气、石油等)泄漏监测
  5. 建筑物防火监测
  6. 大型工厂重点设备、生产过程等温度监测
  7. 隧道防火监测
  8. 大坝泄漏和温度监测

工作原理

  分布式光纤测温传感器是一种散射型光纤传感器,光脉冲受到的背向散射光包括瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射光,因此散射型光纤传感器包括利用瑞利散射的OTDR,利用布里渊散射的B-OTDR、B-OTDA(Brillouin Optical Time-Domain Analysis, B-OTDA)和利用拉曼散射的R-OTDR。

  通常的DTS测温原理和定位原理就是R-OTDR,利用的是拉曼散射,其工作原理是光脉冲在光纤中会发生拉曼散射,其中背向的散射光向后传播至光纤起始端,每一个背向传播的散射光都对应光纤上的一个散射点,采集和分析背向散射光的时间和强度信息就可以得到相应的位置和温度信息。

  分布式光纤测温系统主要由测温主机、感温光纤和温度解调软件三个部分组成,如下图所示,其中测温主机是系统的核心设备。测温主机主要包括激光器,1*3波分复用器,雪崩光电二极管模块,放大模块,数据采集模块和恒温装置。其工作原理是脉冲半导体激光器发出激光脉冲,在光纤中发生背向拉曼散射,得到Stocks和Anti-Stocks拉曼散射光,分别由雪崩光电二极管转换成电压信号,经过放大后由高速AD转换器进行采样得到强度信息由温度解调软件解调出整段光纤的温度信息。


图1:分布式光纤测温系统原理图。

系统所需仪器、器件

  1. 分布式光纤测温主机:(包含器件)
    脉冲半导体激光器
    1*3 波分复用器
    雪崩光电二极管
    放大模块
  2. 感温光纤

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