基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发与实现

陆建国

（上海理工大学，上海 200093）

从目前所拥有的材料来看，光纤是一种比较先进的材料，与其他的传感器相比，光纤的优点较多。例如，光纤具有良好的抗电磁性能、并且能够耐受较高的温度，对外界的变化也是比较敏感的，价格上也有所降低。为此，通过开发与实现基于分布式光纤光栅传感温度测量系统，能够更好的对电力电缆温度开展监测，当温度急剧升高和急剧下降的时候，都可以及时的采取有效的措施来控制，避免对电力运行造成较大的影响。在此，本文主要对基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发与实现进行讨论。

1 拉曼散射分布式光纤测温原理

在基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发当中，主要应用到的温度测量原理，就是拉曼散射分布式光纤测量温度的原理。从理论上来讲，实际的温度测定，需要把握好时间和距离的因素，且要对外界的变化和内部的运行状态有所了解，不然很难测定理想的温度。因此，选择拉曼散射分布式光纤测温原理，能够得到较为准确的结果。该原理具体表现为：利用光纤中产生的散射的位置，同时结合该位置散射光的返回时间，将两者的关系相互联合起来，以此来实现对测温点的精确定位。同时，实现沿着光纤温度场的异常温度点、光纤断裂点的距离定位。由此可见，该原理对基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发和实现，具有积极意义。首先，该原理能够较好的进行定位工作，直接寻找到温度过高的地方，不会因为外界因素的变化，导致定位的错误。其次，在线监测过程中，可随时发现温度波动较大的位置，并及时采取措施来解决，避免造成电力运行的较大故障。

2 基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发与实现

就系统本身来讲，应在硬件和软件两个方面努力。现阶段的电力运行工作，需要各种系统的辅助。基于分布式光纤光栅传感温度测量系统，不仅仅是对固有测量温度系统的改进，同时还要在其中融入较多的内容，一方面来减少固有的测量不精准问题，另一方面提高该系统与其他电力系统的联合应用，以此来巩固日常电力工作的效率和质量，保证电力资源的正常输送，减少客观上的影响和一些小问题的干扰。在此，本文主要对基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发与实现进行论述。

2.1 系统硬件设计

对于基于分布式光纤光栅传感温度测量系统而言，其硬件设计直接影响到该系统的运行情况，同时会在很大程度上体现外界的自然因素变化。所以，系统的硬件部分需保证较强的稳定性。结合以往的工作经验和当下的工作标准，基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的硬件设计，主要从以下几个方面着手：（1）通过激光器发出相应的脉冲信号，以此来触发端口发出电信号。信号的发出，能够驱动A／D采集卡开始工作，采集必要的信息和数据。（2）信息和数据采集完毕后，脉冲光信号会经过波分复用器，将其耦合到传感的光纤当中，而考虑到现实条件限制，传感光纤主要是安置到待测温度场当中。（3）光脉冲在传感光纤中传播时，各点位置上引发的散射光中后向散射部分经过光纤传输通道进入波分复用器耦合到接收通道。（4）需要对所得到的数据和信息，经过多次的数字平均运算，逐步提高信噪比。操作人员会利用该系统对温度情况开展一系列的解调运算，以此来完成对待测温度场的分布式温度测量，最终显示出来。从硬件来看，基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的设计比较贴合实际，总体上的工作效果值得肯定。

2.2 软件设计

硬件设计主要是为了保障基于分布式光纤光栅传感温度测量系统能够流畅的运行，而软件设计，主要是为了在实际的工作中，系统拥有较多的功能，实现对电力电缆温度的更好测量，得到的数据和信息多样化。结合以往的工作成果和当下的社会要求，基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的软件设计，应在以下几个方面努力：（1）数据采集模块。数据采集直接决定了在线测量的准确程度。所以，数据采集模块的设计，主要通过连续调用CLF节点来完成。系统会将采集到的数据，完全存入到局部变量的数组当中，当达到一定的次数后，就会输出，其实质的运行过程是一个软件虚拟的二级缓存。由此可见，数据采集模块，并不是太大的难点，其在系统运行中，取得的效果是比较理想的。（2）基于改进小波变换阈值的软件去噪。数据收集完成后，并不能直接应用，需要进一步的去噪处理，以此来提高测量的精度。小波算法是目前比较常用的方法，该算法在信号滤波中的运用有很多的优势，包括算法精度较高、计算简便等，其得到了较为广泛的应用。（3）温度解调以及信号校正模块。该模块是一个必要的模块，并且在很多方面，都会对最终的结果造成影响。所以，日后还需要在温度解调以及信号校正模块方面进一步的研究，巩固基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的性能。

3 系统实验验证及分析

基于分布式光纤光栅传感温度测量系统通过硬件和软件的研究，并且在原理上的应用，也取得了理想的效果。下一步，就是要对系统开展一系列的实验工作，并且分析最终的实验结果，以此来对基于分布式光纤光栅传感温度测量系统进行优化处理，积极的投入到实际的温度监测工作中。系统实验验证及分析，需要在温度解调与显示、系统精度测试实验等方面努力。以温度解调与显示为例，按照国际上通用的分布式温度传感器定标方法，定标区设置在光纤的200 m处，把前200 m放入恒温箱作为参考光纤。在220 m光纤处取5 m长光纤盘成圈置于热水杯中，可知光纤前200 m由于前端反射不稳定，无法反映实际温度，波形末端由于后端反射存在也无法反映实际温度。光纤中间部分在室温下，温度都在25℃左右，220 m附近则出现了明显的突起，其峰值点反应热水的温度，符合实际情况。由此可见，将基于分布式光纤光栅传感温度测量系统投入到具体的工作中，可对温度监测提供较多的帮助，数据和信息的收集也比较全面。

4 总 结

本文对基于分布式光纤光栅传感温度测量系统的开发与实现进行讨论，现阶段的工作在很多方面都取得了较大的积极成果，为我国的电力运行稳定提供了较多的帮助。随着人口的增加和电力资源需求的提升，基于分布式光纤光栅传感温度测量系统也需要不断的进行优化，除了要融入较多的技术外，还应该不断的强化软件与硬件，从多方面完成温度监控能力的提升。相信在今后的工作中，基于分布式光纤光栅传感温度测量系统能够创造出更大的经济效益与社会效益。

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