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電纜光纖測(cè)溫系統(tǒng)
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- 分布式光纖溫度傳感系統(tǒng)（DTS）依據(jù)光纖的光時(shí)域反射（OTDR）和光纖背向Raman散射的溫度效應(yīng),，探測(cè)出沿著光纖不同位置的溫度的變化，實(shí)現(xiàn)真正分布式的測(cè)量。在系統(tǒng)中光纖既是傳輸媒體又是傳感媒體，光纖所處空間各點(diǎn)的溫度場(chǎng)調(diào)制了光纖中的背向Raman散射光的強(qiáng)度（反tokes背向Raman散射光的強(qiáng)度），經(jīng)波分復(fù)用器和光電檢測(cè)器采集了空間溫度信息，再經(jīng)信號(hào)處理，系統(tǒng)解調(diào)后將溫度信息實(shí)時(shí)從噪聲中提取出來(lái)。利用光纖中光波的傳播速度和背向光回波的時(shí)間間隔，對(duì)所測(cè)溫度點(diǎn)進(jìn)行定位。與傳統(tǒng)傳感器相比該產(chǎn)品具有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：（1）測(cè)量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控。（2）本征防雷。（3）抗電磁干擾，在高電磁環(huán)境中可以正常的工作（4）連續(xù)分布式測(cè)量（6）靈敏度高，測(cè)量精度高（7）壽命長(zhǎng)，成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。 該產(chǎn)品已成功應(yīng)用于火災(zāi)監(jiān)測(cè)報(bào)警、隧道、電纜溫度監(jiān)控、大壩滲漏及溫度監(jiān)牢、供熱管道及油氣管滲漏監(jiān)測(cè)等各個(gè)領(lǐng)域。 技術(shù)指標(biāo)： 最大測(cè)量距離：30公里 通道數(shù) : 1，2，4，6，8，16可選(光開(kāi)關(guān)) 連接方式 : 單端或雙端 取樣間隔:1米 定位精度 :1 米 測(cè)量時(shí)間 :<20 秒 溫度分辨率 :0.1℃ 報(bào)警分區(qū) :200 個(gè)/每路 繼電器輸出：64路(可擴(kuò)展) 通訊接口：2 個(gè) RS232 接口支持MODBUS，1個(gè)以太網(wǎng)接口 工作原理： DTS分布式光纖溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)同時(shí)利用光纖感測(cè)信號(hào)和傳輸信號(hào)，采用先進(jìn)的OTDR技術(shù)和Raman散射光對(duì)溫度敏感的特性，探測(cè)出沿著光纖不同位置的溫度的變化，實(shí)現(xiàn)真正分布式的測(cè)量。羽邦的DTS代表著目前國(guó)際上的最高水平，無(wú)論在溫度分辨率、空間分辨率、測(cè)量距離，還是測(cè)量時(shí)間上都高于其他公司的產(chǎn)品，用戶可以針對(duì)自己的用途，選擇相應(yīng)的型號(hào)。其中ZD系列是一個(gè)專門設(shè)計(jì)用于公路隧道，電纜隧道，電纜夾層的探測(cè)。 圖 1 分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)，用于實(shí)時(shí)測(cè)量空間溫度場(chǎng)的系統(tǒng)。系統(tǒng)中光纖即是傳輸媒體又是傳感媒體，利用光纖背向拉曼散射的溫度效應(yīng)，光纖所處的空間溫度場(chǎng)調(diào)制了光纖是背向拉曼散射的強(qiáng)度（反斯托克斯背向拉曼散射光的強(qiáng)度），經(jīng)波分復(fù)用器和光電檢測(cè)器采集帶有溫度信息的背向拉曼散射光信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理可以解調(diào)出實(shí)時(shí)的溫度信息。在時(shí)域中，利用光時(shí)域反射技術(shù)（Optical Time Domain Reflection），根據(jù)光在光纖中的傳輸速率和背向拉曼散射光的回波時(shí)間，可以對(duì)溫度點(diǎn)進(jìn)行定位。 DTS系統(tǒng)由激光光源、傳感光纜和檢測(cè)單元組成，系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖表 1。 其基本原理是：激光器發(fā)出脈沖光通過(guò)波分復(fù)用器進(jìn)入探測(cè)光纖，光纖內(nèi)分子及不均勻的雜質(zhì)對(duì)入射的激光脈沖有散射作用，入射光脈沖沿著光纖向前傳輸，散射光向四周傳輸。只有沿光纖后向傳輸?shù)纳⑸涔鈺?huì)傳輸?shù)讲ǚ謴?fù)分器，再到達(dá)探測(cè)器。 后向散射光中有瑞利散射、布里淵散射和拉曼散射等，拉曼散射光包含有兩種成份：斯托克斯光和反斯托克斯光。斯托克斯光的頻率比入射光頻率低，反斯托克斯光頻率比入射光頻率高，斯托克斯光只與光纖的損耗、應(yīng)力、拉力、彎曲、擠壓等因素有關(guān)，受溫度影響很小，可以忽略不計(jì)；反斯托克斯光除受光纖的損耗、應(yīng)力、拉力、彎曲、擠壓等因素影響外，還與溫度有很大關(guān)系，光纖的溫度越高，反斯托克斯光越強(qiáng)。通過(guò)波分復(fù)用器和帶通濾光片可以分離出后向散射光中斯托克斯光和反斯托克斯光，分別采集兩路光信號(hào)的強(qiáng)度，用反斯托克斯光強(qiáng)與斯托克斯光強(qiáng)相比，就可以得到只有溫度高低有關(guān)的信號(hào)。 經(jīng)波分復(fù)用器分離出的兩路光信號(hào)，分別由雪崩光電二極管將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，再經(jīng)放大器對(duì)電信號(hào)放大，送到數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行累加平均，便得到精確的光強(qiáng)度量化值。 反斯托克斯光強(qiáng)與斯托克斯光強(qiáng)之比和溫度之間的定量關(guān)系可用下式表示： 式中：h：普朗克系數(shù)(J·S)；k：波爾茲曼常數(shù)(J/K)； ：斯托克斯光強(qiáng)度； ：反斯托克斯光強(qiáng)度； ：入射光的頻率(1/S)； ：拉曼光頻率增量(1/S)。斯托克斯光頻率為 ，反斯托克斯光頻率為 。 光在光纖中以一定的速度傳播，通過(guò)測(cè)量入射光和后向散射光之間的時(shí)間差 ，及光纖內(nèi)的光傳播速度 ，可以計(jì)算不同散射點(diǎn)的位置距入射端的距離 ，從而可以得到光纖沿程幾乎連續(xù)的溫度分布， 可按下式計(jì)算： 式中： ：光纖中的光傳播速度(m/s)； ：后向散射延遲時(shí)間(s)。 只要通過(guò)探測(cè)器測(cè)得 、 及光在光纖在傳播時(shí)間 ，便可求得某一點(diǎn)的溫度值。 DTS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)中文軟件主界面 DTS系統(tǒng)監(jiān)測(cè)軟件功能： 1.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集: 從被監(jiān)控區(qū)域逐點(diǎn)實(shí)時(shí)采集溫度值,形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)； 2.實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示：實(shí)時(shí)顯示從當(dāng)前區(qū)域采集所得到的溫度； 3.定溫報(bào)警：根據(jù)用戶要求設(shè)置報(bào)警和預(yù)警溫度，并可對(duì)被監(jiān)控區(qū)域分段設(shè)置不同分區(qū)，每個(gè)分區(qū)可以任意設(shè)置報(bào)警值，對(duì)不同的部位進(jìn)行不同標(biāo)準(zhǔn)的監(jiān)控； 4.溫升速率報(bào)警：被監(jiān)控的區(qū)域達(dá)到按用戶要求設(shè)置的溫升速率預(yù)定值時(shí)，可以報(bào)警、指出報(bào)警區(qū)域所處的位置并做數(shù)據(jù)儲(chǔ)存和打印 5.歷史數(shù)據(jù)顯示：用戶可以通過(guò)歷史數(shù)據(jù)查詢得到區(qū)域某時(shí)某刻、某點(diǎn)的溫度、某時(shí)段的溫度、最高溫度； 6.特性曲線顯示：包括某時(shí)某刻溫度分布曲線、某時(shí)段某點(diǎn)的溫度變化曲線、某時(shí)段最高溫度變化曲線； 7.遠(yuǎn)程監(jiān)控診斷和維修：通過(guò)因特網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和維修等。 8.探測(cè)系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，具有良好的響應(yīng)特性。 9.溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)顯示每隔1米各點(diǎn)的溫度變化。連續(xù)監(jiān)測(cè)信號(hào)，任意溫度點(diǎn)報(bào)警。 10.DTS光纖探測(cè)系統(tǒng)內(nèi)部自帶PC機(jī)，在WINDOWS環(huán)境下由工程師調(diào)試編程來(lái)完成。設(shè)定區(qū)域長(zhǎng)度及報(bào)警點(diǎn)，系統(tǒng)校訂均可采用Windows 2000版本軟件來(lái)完成。 11.DTS光纖探測(cè)系統(tǒng)是一個(gè)連續(xù)的監(jiān)測(cè)信號(hào)，可設(shè)置多級(jí)定溫報(bào)警和多級(jí)差溫報(bào)警，或是兩者的結(jié)合，基本消除誤報(bào)，同時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)要求對(duì)報(bào)警值進(jìn)行修正。 12.可針對(duì)環(huán)境變化設(shè)置最多可達(dá)200個(gè)不同報(bào)警控制區(qū)域，報(bào)警控制區(qū)可編程，并可按照用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，每個(gè)單獨(dú)的報(bào)警區(qū)域可設(shè)置不同的報(bào)警值。 13.如果探測(cè)光纖受損，DTS光纖探測(cè)系統(tǒng)可以即時(shí)定位受損點(diǎn)，并通過(guò)重新迅速恢復(fù)系統(tǒng)，這對(duì)于有效的實(shí)施在線監(jiān)測(cè)時(shí)非常重要的； 14.DTS光纖探測(cè)系統(tǒng)的溫度信號(hào)和報(bào)警信號(hào)可以上傳到消防主機(jī)和中控室。 產(chǎn)品系統(tǒng)特性： 系統(tǒng)特點(diǎn)和技術(shù)指標(biāo) 溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，做到早期預(yù)警； ◆快速性： 系統(tǒng)測(cè)溫、定位速度非常高。為了提高測(cè)量時(shí)間，羽邦采用了衛(wèi)星地面拍照數(shù)據(jù)濾波技術(shù)，以解決海量數(shù)字濾波優(yōu)化問(wèn)題； 系統(tǒng)主機(jī)內(nèi)的激光發(fā)射裝置每秒鐘發(fā)射上萬(wàn)次的光脈沖，并將取樣溫度的平均值輸出到顯示系統(tǒng)，基本消除誤差。 ◆分布特性： 線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)，可提供連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)長(zhǎng)達(dá)十幾公里范圍內(nèi)每隔1米各點(diǎn)的溫度變化信號(hào)，可任意設(shè)置各級(jí)溫度報(bào)警值。 ◆先進(jìn)性： 該系統(tǒng)是世界上目前性能指標(biāo)最高、功能性最強(qiáng)、可靠性最高、技術(shù)最先進(jìn)的產(chǎn)品。采用的光元器件是通過(guò)納米技術(shù)生產(chǎn)出來(lái)的進(jìn)口器件，數(shù)字處理芯片 ◆準(zhǔn)確性: 該系統(tǒng)的溫度分辨率達(dá)到0.1℃，溫度精度±1℃；定位精度達(dá)±1m 。 ◆靈活性: 線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在線監(jiān)測(cè)方式； 監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)任何一點(diǎn)的報(bào)警信號(hào)上傳至火災(zāi)報(bào)警控制器的時(shí)間不大于30秒； 本系統(tǒng)的主機(jī)可提供繼電器接口（無(wú)源干接點(diǎn)）在火災(zāi)報(bào)警控制器上進(jìn)行報(bào)警，可按區(qū)間提供一組干接點(diǎn)報(bào)警信號(hào)； 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的是一個(gè)連續(xù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)信號(hào),系統(tǒng)可設(shè)置多級(jí)溫度點(diǎn)報(bào)警即系統(tǒng)支持多級(jí)報(bào)警，如30℃初報(bào)警,40℃預(yù)報(bào)警,50℃采取措施等，并且可以根據(jù)環(huán)境不同進(jìn)行報(bào)警點(diǎn)溫度參數(shù)設(shè)定； 為避免誤報(bào)發(fā)生，針對(duì)事故發(fā)生前的溫度變化率大的特點(diǎn),在報(bào)警設(shè)置中可設(shè)置溫度變化率閥值進(jìn)行監(jiān)測(cè),當(dāng)監(jiān)測(cè)到溫度變化率大于該值時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào),并提供相應(yīng)的信號(hào)輸出； 多種報(bào)警條件，只要滿足一條，系統(tǒng)就會(huì)立即產(chǎn)生報(bào)警?？筛鶕?jù)現(xiàn)場(chǎng)要求對(duì)取樣間隔進(jìn)行調(diào)整，最短取樣間隔為1米； 報(bào)警控制區(qū)可編程,并可按照用戶的要求進(jìn)行靈活設(shè)計(jì)，每一系統(tǒng)可針對(duì)環(huán)境變化可設(shè)置不小于100個(gè)不同報(bào)警控制區(qū)域。 1. 兼容性： 線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主機(jī)為開(kāi)放通信協(xié)議，提供與工作站聯(lián)接的通信接口，在中央控制室防災(zāi)報(bào)警工作站以漢化的圖文方式顯示溫度曲線、報(bào)警位置、報(bào)警溫度等全部信息； 系統(tǒng)可以通過(guò)RS232、LED、內(nèi)置繼電器、以太網(wǎng)或其它工業(yè)協(xié)議等輸出形式與PC、消防報(bào)警系統(tǒng)等其它控制設(shè)備進(jìn)行連動(dòng)，進(jìn)行聲光報(bào)警，信號(hào)輸出準(zhǔn)確、完整； 線型光纖感溫火災(zāi)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可根據(jù)不同報(bào)警區(qū)分段、分級(jí)輸出信號(hào)，以適應(yīng)不同控制盤的需要； 光纖測(cè)溫主機(jī)控制單元組網(wǎng)靈活，兼容性大。根據(jù)用戶需求還可與SCADA、供電設(shè)備中的電力自動(dòng)化系統(tǒng)、管理系統(tǒng)等其他控制設(shè)備進(jìn)行連網(wǎng)。實(shí)現(xiàn)集安全、經(jīng)濟(jì)、管理為一體的大的綜合智能系統(tǒng)； 光纖測(cè)溫主機(jī)控制單元拓展后可實(shí)現(xiàn)撥號(hào)modem、光纖接口轉(zhuǎn)換方式等，實(shí)現(xiàn)用戶個(gè)性化的需求。 ◆安全性： 系統(tǒng)軟件授權(quán)管理，安全可靠； 用戶可以對(duì)系統(tǒng)今后的升級(jí)和維護(hù)進(jìn)行更新； 線型光纖感溫火災(zāi)預(yù)警系統(tǒng)具備安全記錄功能，可儲(chǔ)存系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)的所有歷史數(shù)據(jù)，并可使用便攜式計(jì)算機(jī)下載有關(guān)數(shù)據(jù)； 如果光纖受損，系統(tǒng)可以定位受損點(diǎn)，具有自診斷功能，并通過(guò)光纖熔接機(jī)對(duì)其進(jìn)行熔接，這對(duì)于有效的實(shí)施在線監(jiān)測(cè)是非常重要的； 激光等級(jí)達(dá)到3A級(jí)； 探測(cè)光纖安全、可靠，采用光信號(hào)，不會(huì)與動(dòng)力電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。 與傳統(tǒng)傳感器相比較，分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)具有的天然優(yōu)勢(shì)，主要包括： 1. 連續(xù)分布式測(cè)量 分布式光纖傳感器是真正的分布式測(cè)量，可以連續(xù)的得到沿著探測(cè)光纜幾十公里的測(cè)量信息，誤報(bào)和漏報(bào)率大大降低。同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。 2. 抗電磁干擾，在高電磁環(huán)境中可以正常的工作。 光纖本身是由石英材料組成的，完全的電絕緣；同時(shí)光纖傳感器的信號(hào)是以光纖為載體的，本征安全，不受任何外界電磁環(huán)境的干擾。 3. 本征防雷。 雷電經(jīng)常破壞大量的電測(cè)傳感器。光纖傳感器由于完全的電絕緣，可以抵抗高電壓和高電流的沖擊。 4. 測(cè)量距離遠(yuǎn)，適于遠(yuǎn)程監(jiān)控。 光纖的兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是傳輸數(shù)據(jù)量大和損耗小，在無(wú)需中繼的情況下，可以實(shí)現(xiàn)幾十公里的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。 5. 靈敏度高，測(cè)量精度高。 理論上上大多數(shù)光纖傳感器的靈敏度和測(cè)量精度都優(yōu)于一般的傳感器，實(shí)際已成熟的產(chǎn)品也證明了這一點(diǎn)。 6. 壽命長(zhǎng)，成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單。 光纖的材料一般皆為石英玻璃，其具有不腐蝕、耐火、耐水及壽命長(zhǎng)的特性，通?？梢苑?0年。綜合考慮傳感器的自身成本以及以后的維護(hù)費(fèi)用，使用光纖傳感器可以大大降低整個(gè)工程的最終經(jīng)營(yíng)成本。
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