分布式光纤及电缆测温系统
分布式光纤测温系统应用的可行性
黑 龙 江 电 力
２１ ０ １年 ６月
分 布 式 光 纤 测 温 系统 应 用 的可 行 性
潘 向 荣 ， 志 新 ， 志 强 李 赵
（ 丹 江 水 力 发 电总 厂 ， 龙 江 牡 丹 江 １ ７ ０ ） 牡 黑 ５０ ０
摘
要： 阐述 了 分 布 式 光 纤 测 温 监 控 系 统 光 纤 测 温 的机 理 、 流 采 集 方 式 、 态 载 流 量 技 术 和 仿 真 计 算 模 型 ， 析 了 电 动 分
ｐ ｏ ｅ ｈｅ ｒ ｌａ ｉｉ ｆ ｏ ｌｎ ｂ ｒ Ｂｒ ｇ ａｉ ｇ ｔｍｐ ｒ ｔ ｅ ｓ ｒ ｅｌａ ｃ ｙ ｔｍ ｉ ｈ ｉ ｐ ｌｃ ｂ ｅ ｔ ｕ ｆ ｃ ｒ ｖ ｓ ｔ ｅ ｉｂ ｌｔ ｏ ｎ ｉ ｅ Ｆｉ ｅ ａ ｇ Ｇｒ ｔｎ ｅ ｅ ａｕｒ ｕ ｖ ｉ ｎ ｅ ｓ ｓｅ ｗｈ ｃ ｓ ａ ｐ ｉａ ｌ ｏ ｓ ｒａ ｅ ｙ ｌ ｔ ｍｐ ｒ ｔ ｒ ｕ ｖ ｉｌｎｃ ｎ ｕ ｒ ｎ ａ ｒ ｉ ｇ ｃ ｐ ｃ ｔ ｎ ｌ ｓｓ ｉｒ ｕ ｅ ｌ ｎ ｅ ｆ ｒｔ ｎ ｅ ｎ ｎ ｅ ｌｙ ｒｏ ａ ｅ， ｅ ｅ ａ ｕ ｅ ｓ ｒ ｅｌａ ｅ ａ ｄ ｃ ｒｅ ｔｃ ｒｙ ｎ ａ ａ ｉｙ ａ ａｙ ｉ ，ｆ ｅ ｓ ｒ ｉ ａ ｃ ｏ ｕ ｎ ｌａ ｄ ｉｔ ｒａ ｅ ｆｃ ｂｌ ｖ ｌ
关键词 ： 电力 设 备 安 全 ； 纤 测 温 ； 光 在线 监 测 中图 分 类 号 ：Ｔ ３ Ｍ８５ 文 献 标 识 码 ：Ｂ 文章 编 号 ：０ ２—１６ （０ １ ０ １０ ６３ ２ １ ）３—０ １ ０ ２ １— ４
Ｆｅ ｓｂｉ ｔ ｆ ｄ ｓ ｒ ｂ ｅ ｐｔｃ ｌｆｂ ｒ ｔ ｍ ｐ ｒ ｔ ｅ ｓ ｖ ｉ ａ ｅ ｓ ｓ ｅ ａ ｉ ｌ ｙ ｏ ｉｔ ｉ ｕｔ ｄ ｏ ｉ ａ ｅ ｅ ｅ ａ ｕｒ ｕｒ ｅｌ ｎｃ ｙ ｔ ｍ ｉ ｉ ｌ
基于分布式光纤温度传感器的高压电力电缆温度在线监测系统
拉曼分布式光纤温度传感器的测温原理 是 [1 ，2] 基于光纤中的自发拉曼散射温度效应， 采用 OTDR 技术的分布式光现传感技术来实现分布式温度测量 的。 其机理就是依据后向拉曼散射光谱的温度效应。
雪崩二极管（APD）探测到的 Anti-Stokes 散射信 号极其微弱， APD 输出的信号电压仅为几十纳伏， 而光信号在耦合、滤波、转换等环节上还存在着一定 的光能损失， 分布式光纤温度传感器光信号和传输 光电转换后的电信号处理的各个环节也都有可能引 入误差和噪声， 因此有用的温度信息淹没在很强的 随机噪声中。 必须采用微弱信号处理技术来处理这 样 的 信 号 ，减 小 噪 声 ，消 除 Stokes 和 Anti-Stokes 两 种波长光信号传输和处理通道的灵敏度不同引起的 温度测量误差， 将探测器输出信号尽可能地去除噪 声和干扰，得到准确快速的温度显示和温度数据，才 能保证分布式光纤温度传感器系统的性能指标达到 较高的要求。
2009 年 8 月
LD 驱动器
双向耦合器
恒温槽
Raman 散射光
波分复用器
Stokes 光
Anti-Stokes 光
同步控制
ADP ADP
传感光纤 温度场
放大器 放大器
数据采集与存储
PC
图 1 系统结构框图
电流脉冲， 该脉冲驱动半导体激光器产生大功率的 光脉冲，并注入激光器尾纤中，从激光器尾纤输出的 光脉冲经过光路耦合器后进入传感光纤。 当激光在 光纤中发生散射后，携带有温度信息的 Raman 后向 散射光回到光路耦合器， 光路耦合器不但可以将发 射的光直接耦合至传感光纤， 而且可以将散射回来 的不同于发射波长的 Raman 散射光耦合至分光器。 分光器由两个不同中心波长的光滤波器组成， 它们 分 别 滤 出 斯 托 克 斯 （Stokes） 光 和 反 斯 托 克 斯 （Anti-Stokes）光 ，两 路 光 信 号 经 过 接 收 机 时 进 行 光 电转换和放大， 然后由数据采集单元进行高速数据 采样， 转换为数字量， 然后经过进一步的信号处理 （提高信噪比），用于温度的计算。温度处理和图形显 示软件是预装在计算机内的。
基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统
基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统随着地下电缆在供电系统中应用和逐渐推广，实现地下电缆的安全、稳定和经济运行对确保供电系统的安全性、稳定性、经济性等意义重大。
在电缆输电过程中电缆温度变化对其运行状态影响很大，因此提出了基于分布式光纤测温的电力电缆温度监测系统，本文着重介绍了该系统的工作原理及软硬件组成。
标签：地下电缆；分布式光纤测温系统；拉曼散射；光时域反射0 引言随着我国城市化建设不断发展，城市中电缆逐渐由架空铺设转变为地下铺设，地下电缆规模快速扩展，伴随着地下电缆的安全性以及可靠性等问题日益明显，因此亟待一种有效的电缆安全监测方法。
研究表明，电缆温度与电缆运行状态间存在着密切的关系，当电缆运行负荷变化时，则电缆温度也会随之发生相同趋势的变化[1]。
如果电缆在运行过程中某处温度迅速升高，则说明运行负荷过大或电缆此处存在问题；当电缆长时间处于允许的极限温度时，则会导致电缆老化，发生故障。
反之为了避免电缆温度过高，采取使电缆长时间处于低负荷运行，则使电缆不能被充分利用。
为了保证电缆在运行过程中既可安全运行，又可充分利用，所以需要对电缆进行实时温度监测，便于及时掌握和预测电缆的运行状态[2]。
在实际工程中，电缆线芯温度是很难被直接测量，因此只能通过间接的方法来获取线芯温度，分布式光纤测温系统是将测温光纤与电缆紧密贴合，对电缆进行实时温度监测，通过测温光纤测量电缆表皮温度，进而推算线芯温度。
测温光纤具有能连续获取电缆整条线路上温度信息的优势，同时具有抗电磁干扰性强、维护成本低、对温度变化敏感等优点。
因此近年来分布式光纤测温技术逐渐被应用到地下电缆的温度监测。
1 分布式光纤测温原理分布式光纤测温系统是利用光纤的拉曼散射温度效应来实现电缆温度的测量，温度点定位通过光纤的光时域反射原理来实现。
1.1 拉曼散射温度效应当激光发射器产生的光在光纤中传输时，光脉冲与光纤中的分子相互作用而发生散射，发生的散射光包含多种类型。
分布式光纤测温系统原理
分布式光纤测温系统原理分布式光纤测温系统是近年来发展起来的一种用于实时快速多点测温和测量空间温度场分布的传感系统。
它是一种分布式的、连续的、功能型光纤温度测量系统。
即在系统中，光纤不仅起感光作用，而且起导光作用。
利用光纤后向拉曼散射的温度效应，可以对光纤所在的温度场进行实时的测量;利用光时域反射技术(OTOR)可以对测量点进行精确定位。
如DTS2000 分布式光纤测温系统，可在一条2km长的光纤上实时监测2000个测址点，测温范围达到0- 370oC。
测温的物理基础当光在光纤中传输时，与光纤中的分子、杂质等相互作用而发生散射。
发生的散射有米氏散射、瑞利散射、布里渊散射和拉曼散射等。
其中拉曼散射是由于光纤中分子的热运动与光子相互作用发生能量交换而产生的。
具体地说，当光子被光纤分子吸收后会再次发射出来。
如果有一部分光能转换为热能，那么将发出一个比原来波长大的光，称为Stokes光。
相反，如果一部分热能转换为光能，那么将发出一个比原来波长小的光，称为Anti-Stokes 光。
拉曼散射光就是由这两种不同波长的Stokes 光和Anti-Stokes光组成的，其波长的偏移是由光纤组成元素的固有属性决定的，因此拉曼散射光的强度与温度有关。
分布式光纤测温系统原理框图分布式光纤测温系统的基本框图如图2-83所示。
在同步控制.单元的触发下，光发射器产生一个大电流脉冲，该脉冲驱动半导体激光器产生大功率的光脉冲，并注人激光器尾纤中。
从激光器尾纤输出的光脉冲.经过光路藕合器进人放置在恒温槽中的光纤中，该光纤用于系统标定，之后再进人传感光纤，感受被测对象的温度场。
当激光在光纤中发生散射后，携带有温度信息的拉曼后向散射光返回到光路藕合器中。
光路祸合器不但可以将发射光直接藕合至传感光纤.而且可以将散射回来的不同与发射波长的拉曼散射光祸合至分光器。
分光器分别由两个不同中心波长的光滤波器组成，分别滤出Stokes光和Anti-Stokes光，经接收机送人数据采集与处理单元。
分布式光纤温度测量系统在电缆温度测量的应用
分布式光纤温度测量系统-----------------电缆温度测量的应用引言光纤传感技术是在上世纪七十年代伴随着光纤通信的蓬勃发展而提出来的,它与光时域反射技术密切结合迅速崛起,经过几十年的发展而在多个领域广泛应用。
与传统的传感器相比,光纤传感器具有轻质,耐腐蚀,耐高温,防水防潮,抗电磁干扰等一系列优点,因此在恶劣环境中颇具用途。
而分布式光纤传感技术除具备上述特点以外,还具备实时获取在传感光纤区域内随时间和空间变化的测量分布信息的能力。
准确的说,它可以精确测量光纤沿线上任一点的温度信息,如果把光纤纵横交错连接成网状,则可以构成规模庞大的地毯式动态监测网,实现对目标的实时全方位检测。
特别是在我国，每年发生的有关电器的火灾事故大多是因为电线或电缆长期运行过热烧穿绝缘所引起，所以对于温度的监测十分重要，这也是本文设计的分布式光纤温度测量系统的重要应用。
结构与测量原理分布式光纤温度传感器获取空间温度分部信息的原理是利用光在光线中传输能够产生向后散射。
在光线中诸如一定能量和宽度的激光脉冲，它在光线中传输的同时不断产生后向散射光波，这些广播的状态受到所在光纤散射点的温度影响而改变，将散射回来的光波经波分复用、检测解调后，送入信号处理系统便可将温度信号实时显示出来，并且由光线中光波的传输速度和背向光回波的时间可对这些信息定位。
1 拉曼散射原理微观世界中任何分子和原子都在不停地运动,光纤的分子和原子也不例外,存在着分子振动。
泵浦光通过分子时打破了分子振动原有的平衡,振动分子将与之发生能量交换。
当产生光子的能量小于泵浦光子的能量(分子振荡吸收泵浦光子的能量)时,称为斯托克斯散射。
当产生光子的能量大于泵浦光子的能量(分子振荡的能量传给光子)时,称为反斯托克斯散射。
斯托克斯散射和反斯托克斯散射统称为拉曼散射。
拉曼散射过程的能级示意图如图1所示。
其中, E1、E2 分别表示分子振动的两个能级,两个能级之间相差h Δν,即E2 = E1 + h Δν。
电缆隧道光纤分布式测温系统方案.
XX 电缆隧道光纤分布式温度监测系统方案上海华魏光纤传感技术有限公司二○一一年八月时刻关注生命安全,时刻关注工程质量!目录1 设计准则 ........................................................................................................................................... (3)3.1系统目标 ............................................................................................................................................3 3.2系统范围 ............................................................................................................................................3 3.3系统设计原则 (3)3.4系统设计规范 (4)3.5光纤分布式温度监测系统的技术说明 . (4)2 系统设计分析 ........................................................................................................................................... . (6)2.1火灾分析 . ......................................................................................................................................... ...... 6 2.2技术要求分析 . (7)3 系统设备选型 ........................................................................................................................................... . (9)3.1设计目标 . ................................................................................................................................................ 9 3.2系统构成 . ......................................................................................................................................... ....... 9 3.2.1 隧道光纤分布式温度监测系统 .................................................................................................... 9 3.3系统设备技术参数 . . (11)3.3.1 光纤分布式温度监测系统 (11)4 系统总体设计方案 (15)4.1现场设备布置 . ..................................................................................................................................... 15 4.2探测光缆的安装方式 (17)4.3系统通讯 . ......................................................................................................................................... .. (18)5 售后服务 ........................................................................................................................................... . (19)5.2服务支持协议 . ...................................................................................................................................... 19 5.3培训 . ......................................................................................................................................... ............. 19 5.4资料和信息 . ..........................................................................................................................................196 设备清单及现场调试 (20)6.1设备清单 . ......................................................................................................................................... ..... 20 6.2、现场调试 ........................................................................................................................................... (20)1 设计准则1.1系统目标电缆隧道在线监测系统必须保证:运行电缆温度的实时监测。
久创分布式光纤测温系统
JC-OM300 分布式光纤测温系统系统概述分布式光纤测温系统利用光在光纤中传输时产生的自发拉曼(Raman)散射信号和光时域反射(OTDR)原理来获取空间温度分布信息,专用于电力电缆、隧道、地铁消防在线温度监测。
实现了用一条(或多条)普通的光纤和一台终端设备,实现几千米的范围内多达几千个点的温度测量的系统。
工作原理分布式光纤测温系统中光纤即是传输媒体又是传感媒体,综合利用光纤拉曼散射效应(Raman scattering)和光时域反射测量技术(OTDR)来获取空间温度分布信息。
其中光纤拉曼散射效应(Raman scattering)用于实现温度测量,光时域反射测量技术(OTDR)用于实现温度定位。
下面将一一介绍光纤拉曼散射效应和光时域反射测量技术。
1、光纤拉曼散射效应(Raman scattering)激光光脉冲射入传感用的光纤之中,在光脉冲向前的传播过程中,由于光纤的密度、应力、材料组成、温度和弯曲变形等原因发生散射现象,有一部分的散射光会按照入射光相反的方向传播,称之为背向散射光,返回的背向散射光包括:◆瑞利(RayLeigh)散射,由光纤折射率的微小变化引起,其频率与入射光脉冲一致。
◆拉曼(Raman)散射,由光子与光声子相互作用引起,其频率与入射光脉冲相差几十太赫兹。
◆布里渊(Brillouin)散射,由光子与光纤内弹性声波场低频声子相互作用引起。
其频率与入射光脉冲相差几十吉赫兹。
针对温度检测需求,瑞利散射信号对温度变化不敏感;布里渊散射信号的变化与温度和应力有关,但信号剥离难度大;拉曼散射信号的变化与温度有关,而且拉曼散射信号相对容易获取和分析,因此工业应用主要采集拉曼散射信号进行温度分析。
江苏久创电气科技有限公司 1拉曼散射会产生两个不同频率的信号:斯托克斯光(比光源波长长的光)和反斯托克斯光(比光源波长短的光),光纤受外部温度的调制使光纤中的反斯托克斯光强发生变化,反斯托克斯与斯托克斯光的比值提供了温度的绝对指示,利用这一原理可以实现对沿光纤温度场的分布式测量。
分布式光纤线型感温火灾探测系统电缆监测预警方案-0621
分布式光纤线型感温火灾探测系统电缆监测预警方案北京诺可电子科技发展有限公司2016年6月目录一、应用分析........................................ 错误!未定义书签。
二、分布式光纤线型感温火灾监测系统的特点............ 错误!未定义书签。
三、分布式光纤线型感温火灾监测系统的技术原理........ 错误!未定义书签。
技术原理........................................ 错误!未定义书签。
模块组成........................................ 错误!未定义书签。
系统构成........................................ 错误!未定义书签。
技术性能........................................ 错误!未定义书签。
四、系统方案设计.................................... 错误!未定义书签。
感温光缆........................................ 错误!未定义书签。
系统设计........................................ 错误!未定义书签。
监测方案........................................ 错误!未定义书签。
传感光纤的铺设安装.............................. 错误!未定义书签。
系统功能指标.................................... 错误!未定义书签。
设备清单........................................ 错误!未定义书签。
五、系统验收........................................ 错误!未定义书签。
电缆测温-分布式光纤拉曼测温系统课件PPT
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度监测。
拉曼测温模块
拉曼测温模块是系统的关键部 分，负责接收分布式光纤传回 的光信号，并从中提取温度信 息。
它采用了先进的拉曼散射原理， 能够实现高精度、非接触式的 温度测量。
拉曼测温模块具有体积小、功 耗低、稳定性高等优点，能够 满足长时间连续监测的需求。
数据采集与处理模块
数据采集与处理模块是系统的数据处理中心，负责采集、处理和分析分布式光纤传 回的温度数据。
未来发展方向
降低成本
通过技术进步和规模化生产， 降低分布式光纤拉曼测温系统 的成本，使其更具有市场竞争
力。
提高稳定性
加强系统的稳定性和可靠性研 究，提高系统的使用寿命和监 测精度。
拓展应用领域
将该技术应用于更多的领域， 如石油、化工、电力等，满足 更广泛的市场需求。
智能化发展
结合大数据、人工智能等技术 ，实现系统的智能化发展，提
案例三：隧道测温
总结词
大空间、快速响应
详细描述
针对隧道等大空间场所的温度监测，分布式 光纤拉曼测温系统具有快速响应、高空间分 辨率的优势，能够实时监测隧道内温度变化， 保障隧道运行安全。
案例四：化工管道测温
总结词
防爆、高可靠性
详细描述
在化工管道测温中，分布式光纤拉曼测温系统具备防爆、高可靠性的特点，能够满足化 工管道温度监测的特殊要求，有效预防因温度异常导致的安全事故。
实时监测
系统能够实时监测电缆的 运行温度，及时发现异常 温度变化，预防火灾事故 的发生。
长距离监测
分布式光纤可以长达数十 公里的距离进行温度监测 ，特别适合长距离、大范 围的电缆温度监测。
基于分布式光纤的电缆温度在线监测系统设计
ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｍａ ｄ ｅ ｔ ｏ ａ ｋ ｉ ｎ ｄ ｏ ｆｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｍｅ ￣ｏ ｄ ｏ ｆｄ ｉ ｓ ｔ ｒ ｉ ｂ ｕｔ ｅ ｄ ｏ ｐ ｔ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｆ ｂ ｅ ｒ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｎ － ｌ ｉ ｎｅ ｍｏ ｎ ｉ ｔ ｏ ｒ ｉ ｎ ｇ ｓ ｙｓ ｔ ｅ ｍ． Ｔｈ ｅ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ ｎｃ ｉ ｌ ｕ ｄ ｅ ｄ ｔ ｅ ｍｐ ｅ ｒ ａ －
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摘 要 ：分 布式光纤测温技术 中的光纤本 身既是温度传感器又是温度 的传输媒介 的特性 ，特别适用 于 电力系统 的高压 电缆等高压 电气 设备温 度的在线监测 。介 绍了一种分布式光纤温度在线监测系统 的设 计方法 ，系统包 括测温光纤 、光 电监 测及信号处理 电路部分 和主机等硬件设施 ，通过在线监测 软件 实现 了对 电缆局部温 度过热 的监测 、定温 报警、温升报警和特性 曲线的显示等功能 ，达到 了对 高压 电缆等 高
基于分布式 光纾 的电缆温度在 线监测 系统设计
电工 电气 （ ２ ０ １ ３ Ｎ ｏ ． ８ ）
基 于分布式光纤 的 电缆 温度在 线监测 系统设计
DSC-DTSnK-XB分布式光纤测温系统
安全性高
光纤本身不导电，不受电磁干 扰，对危险环境适应性强，保
障了监测的安全性。
实际应用案例
某城市地铁线路
采用DSC-DTSNK-XB分布式光纤测温 系统对地铁轨道、列车和牵引变电所 等设备进行温度监测，保障了地铁的 安全运行。
某大型石油化工企业
轨道交通
对轨道、列车、牵引变电所等 设备的温度进行实时监测。
城市管廊
对管廊内的电缆、设备进行温 度监测，保障管廊安全运行。
相对于其他测温系统的优势
高精度
采用光纤作为传感器，具有高 精度和高稳定性，能够准确反
映温度变化。
长距离监测
可以实现长距离连续监测，覆 盖范围广，适合大规模设备的 温度监测。
实时性强
工作原理
01
分布式光纤测温系统基于光纤背向拉曼散射和布里渊散射的原理，通过测量光 纤中散射光的频率变化来计算温度值。
02
在系统中，激光器发出的光脉冲在光纤中传输时，会与光纤分子相互作用，产 生背向拉曼散射和布里渊散射。这些散射光携带了光纤沿线的温度信息，通过 测量散射光的频率变化，可以精确计算出光纤沿线的温度值。
02
系统架构和工作原理
系统架构
01
分布式光纤测温系统主 要由测温主机、光缆、 连接器和上位机软件等 组成。
02
测温主机负责接收和处 理光缆传回的信号，并 向上位机软件发送温度 数据。
03
光缆作为温度信号的传 输媒介，将温度信息从 测温点传回测温主机。
04
连接器用于连接测温主 机和光缆，确保信号传 输的稳定性和可靠性。
DSC-DTSNK-XB分布式 光纤测温系统
分布式光纤测温系统及其软件表现
摘要摘要分布式光纤拉曼测温系统是一种空间温度场实时测量的传感系统，已经在煤矿开采、石油化工、地铁交通和电缆检测等领域得到了广泛的应用。
结合实际的煤矿温度监测项目，本文需要解决两个方面的工程要求：一是系统的测温精度在1±⁰C以内；二是温度数据的直观软件表现。
解决这些要求对于完成煤矿温度监测项目具有很强的工程意义。
本文基于此，完成了如下工作：(1) 根据光纤拉曼测温理论，构建了一套双通道分布式光纤拉曼测温系统，并对系统硬件参数进行了优化。
同时为了获取参考温度信息，设计电子温度传感器接收电路，实现了对系统温度数据的实时校准；设计控制光开关切换电路，实现了对系统双通道的快速切换。
(2) 由于光纤自发拉曼散射的强度很低，导致拉曼散射信号极其微弱，而这微弱的传感信号易受到系统噪声的影响，从而限制了系统的测温精度。
本文在LabVIEW平台下实现了原始信号的实时解调，同时在数据采集阶段采用累加平均去噪算法对信号进行实时降噪，进一步采用卡尔曼滤波去噪算法对温度信号进行滤波处理，最终实现了0.6±⁰C的系统测温精度。
(3) 在VISUAL STUDIO 2010软件平台下，本文结合实际煤矿开采测温场景设计了分布式光纤拉曼测温系统工业化图形界面，实现了将温度信号直观的显示在与实际监测地理位置对应的监测界面上。
进一步在设计的分布式测温软件系统中开发异常温度报警功能，从而使得分布式光纤测温系统更加适用于煤矿的温度监测。
同时为了方便管理人员掌握煤矿开采过程中温度变化的规律，设计了温度数据长期存储功能和生成温度报表功能，进一步完善了分布式测温软件系统。
关键词：分布式测温，拉曼散射，温度解调，软件表现ABSTRACTDistributed optical fiber Raman temperature measuring system is a kind of sensing system for real-time measurement of space temperature field. It has been widely used in coal mining, petrochemical, subway transportation and cable inspection. Combining with actual items about the coal mine temperature measurement, this thesis need to solve two aspects: one is the engineering requirements of system measurement accuracy in within1±⁰C; two is the intuitive software performance of temperature data. To solve these problems is of great significance for the completion of the coal mine temperature monitoring project. Based on this, this thesis completed the following work:(1) According to the fiber Raman temperature measurement theory, a two channel distributed fiber Raman temperature measuring system is constructed, and the system hardware parameters are optimized. At the same time in order to obtain the temperature information of the reference fiber, the electronic temperature sensor receiving circuit design, which can realize real-time calibration system of temperature measurement data; design of optical switch circuit and realizes the fast switching of the measuring channel system.(2) Because the intensity of spontaneous Raman scattering of fiber is very low, the Raman scattering signal is very weak, and the weak sensing signal is easily affected by the system noise, thus reducing the temperature measurement accuracy. This paper realizes the real-time temperature measurement signal demodulation in the LabVIEW platform, and the cumulative average denoising algorithm in real-time to reduce the noise in the data acquisition stage, further denoising algorithm of temperature signal is filtered by Calman filter, the system finally realizes the temperature measurement accuracy of 0.6±⁰C.(3) In the VISUAL STUDIO 2010 software platform, combining with the actual temperature scenarios designed DTS industrialization graphical interface, to achieve real-time display of temperature signal in the corresponding actual monitoring sites, so as to solve the problems of long distance temperature measurement is difficult to quickly locate and display real-time temperature. Further addition of abnormal temperature alarm function in the distributed temperature measurement software system design, the man-machine interface of the system interface more friendly, so as to strengthen the application of distributed optical fiber temperature measurement systemin practical engineering. At the same time, in order to facilitate the management of regional temperature information management, adding temperature data storage function and generating temperature report function, further improve the distributed temperature measurement software system.Keywords: distributed temperature, Raman scattering, temperature demodulate, software performance目录第一章绪论 (1)1.1本课题的研究背景 (1)1.2分布式光纤测温系统的发展 (1)1.3分布式光纤测温系统的典型应用 (2)1.4本论文的研究意义及主要内容 (3)1.4.1研究意义 (3)1.4.2 主要内容 (4)第二章分布式光纤测温系统理论基础 (5)2.1光纤中的光散射现象 (5)2.2 光时域反射技术 (6)2.3光纤拉曼散射理论 (7)2.3.1自发拉曼散射 (7)2.3.2 受激拉曼散射 (9)2.4 光纤拉曼散射测温原理 (10)2.5 分布式光纤测温系统的解调方法 (11)2.5.1 基于反斯托克斯光单路解调方法 (11)2.5.2 基于反斯托克斯光和斯托克斯光双路解调方法 (12)2.6 本章小结 (13)第三章基于双路解调的分布式光纤测温硬件系统设计及实现 (14)3.1 分布式光纤测温硬件系统的总体结构 (14)3.2 分布式测温系统的主要技术指标 (15)3.2.1 空间分辨率 (15)3.2.2 温度分辨率 (16)3.2.3 测温精度 (17)3.2.4 测量时间 (16)3.3 分布式光纤测温硬件系统模块的选型 (17)3.3.1 光源模块的选型 (17)3.3.2 波分复用器的选型 (18)3.3.3光电探测器的选型 (19)3.3.4 采集卡模块的选型 (20)3.3.4.1 高速数据采集卡的选择 (20)3.3.4.2 高速数据采集卡工作原理 (20)3.3.5 系统通道数的扩充 (21)3.4温度接收电路与控制光开关切换电路的设计 (22)3.5本章小结 (25)第四章分布式光纤测温系统信号解调系统设计及信号处理 (26)4.1基于LABVIEW平台实现温度信号解调系统的设计 (26)4.1.1信号解调系统需求分析 (26)4.1.2 原始信号采集LABVIEW程序的实现 (26)4.1.3 参考温度信号接收LABVIEW程序的实现 (28)4.1.4 测温光纤温度信号解调LABVIEW程序的实现 (29)4.2 分布式光纤测温系统噪声分析 (31)4.3 分布式光纤测温系统信号去噪处理 (32)4.3.1 累加平均算法 (32)4.3.2 卡尔曼滤波算法 (36)4.4 本章小结 (40)第五章工程应用中温度数据的软件表现 (41)5.1温度数据软件表现的需求分析 (41)5.2 温度数据的显示界面的实现 (41)5.3 利用SQL数据库实现对温度信息的长期存储 (45)5.4温度数据报表界面的实现 (46)5.5 本章小结 (48)第六章总结与展望 (49)6.1全文总结 (49)6.2工作展望 (49)致谢 (51)参考文献 (52)攻读硕士学位期间取得的成果 (56)第一章绪论第一章绪论1.1 本课题的研究背景温度传感器是工业自动化控制和火灾安全监测等领域所需的一种基础传感元件，但是传统温度传感器需要带电工作，因而在强电磁干扰或易燃易爆环境下的应用受到了很大的限制。
分布式光纤测温系统原理
分布式光纤测温系统原理分布式测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。
目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。
它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射()原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
分布式光纤测温一、引言随着我国经济的发展，电力系统正在朝着超高压、大电网、大容量、自动化的方向发展，一旦发生事故便会对国民经济造成巨大损失。
如何对正在运行的电力设备进行在线监测并进行安全预测和温度变化趋势分析?如何通过实时数据对设备质量、运行环境、运行方式、设备老化、负荷不平衡等进行科学分析?这些都是电力系统中迫切需要解决的问题。
传统的红外测温仪、红外成像仪、感温电缆、热电阻式测温系统等只能对电力系统的局部位置进行测温，无法为安全、经济运行、高效检修提供科学依据。
而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量，实现了运行设备的实时在线监测，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸、火灾等事故应急不备的问题。
在电力系统中，这种光纤测温技术在高压电力电缆、电气设备因接触不良引起的发热部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合具有广泛的应用前景。
二、分布式光纤测温的基本原理1. 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、基于拉曼散射和基于布里渊散射。
目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。
它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射()原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
(一)光时域反射()原理当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。
在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为，激光脉冲在光纤中所走过的路程为，其中为光在光纤中的传播速度、为真空中的光速，为光纤折射率。
在测得时刻时，就可求得距光源处的距离。
(二)光纤的后向拉曼散射温度效应当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。
电缆分布式光纤测温系统的工程及应用
在工程应用中，光纤沿电缆表面敷设，但是电缆 并不是一顺到底，电缆段间有防火墙，光纤也不是 随便沿着电缆拉过就行。为保证测量到的温度的准 确性，和工程的安全性，必须根据实际情况来做一 些调整。 5.1 光纤穿越电缆与电缆之间的防火墙
光纤穿越防火墙时，既要保证光纤的顺利通过也 要保持防火墙本身的作用不受到太大的影响。实际 中的做法是在靠近高压电缆2cm处穿一个10mm孔洞， 让光纤（直径5mm）穿过后，再往空洞内回填防火材 料封堵。 5.2 光纤穿越电缆抱箍
光纤敷设中采取的措施 电缆分布式光纤测温 系统工程中光纤敷设的要点在于，敷设光纤前，需 要根据电缆沟走向图和电缆沟内实际情况选用光缆 穿放的管孔的大小和对其位置进行核对。 4.2.1 管孔 管孔的大小直接影响到电缆层的安全， 必须注意孔不适宜太大，大了不易封口。如果管孔 的口没有封好的情况下，容易给小动物（老鼠、虫 类）留下活动的空间，这样长时间以后对电缆的安 全是会有很大的影响的。管口不适宜过小，太小或 者恰好只能通过光纤时，容易对光缆造成物理性损 伤，如果在施工的过程中光缆损伤了，那么将造成 这一根连续的光缆不能使用，造成很大的经济损失。 在实际中，管孔的大小以直径 1 到 2 厘米为佳。光 缆穿过管孔完成后，需要将管孔封堵严密，防止水 份透过以及小动物从中爬过。 4.2.2 打背扣 光纤敷设时，为防止打背扣情况的发 生，需要使用两个人，一个人在卷轴处放光缆，另 一个人用拉绳牵引光缆，采用“前走后跟，光缆上 肩”的方法。其中，牵引力不能超过光缆允许的 80%， 瞬间最大牵引力不超过 100%，防止拉坏光缆。牵引 力加在光缆的加强件上，并且需要用人值守帮助牵 引，在整个敷设过程中，要求组织严密，有专人统 一指挥，防止因为牵引力不同步或者移动不同步造
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分布式光纤及电缆测温系统目录一、分布式光纤温度监测系统 (1)1、系统概述 (2)2、分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标 (2)3、分布式光纤感温光缆 (3)4、系统技术特点 (4)5、行业应用 (6)二、XSJ-2000型电缆温度在线监测预警系统 (7)1、系统概述 (7)2、系统组成 (7)3、总线系统 (9)4、设计方案 (9)三、XSJ-2000型电缆隧道自动防火门系统 (10)1、概述 (10)2、系统硬件构成 (10)3、系统结构图及设计图 (11)一、分布式光纤温度监测系统1、系统概述分布式线型光纤感温火灾报警系统主要是一种时域分布式光纤监测系统，它的技术基础是光时域反射技术OTDR，是近几年发展起来的一种用于实时测量空间温度场分布的高新技术，它能够连续测量光纤沿线所在处的温度，测量距离在几公里到几十公里范围，空间定位精度达到米的量级，能够进行不间断的自动测量，特别适用于需要大范围多点测量的场合，它具有精度高、数据传输及读取速度快、自适应性能好等优点。
系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速线性测温并定位, 是光机电、计算机一体化技术的集成。
XSJ-2000基于拉曼散射技术的温度传感系统，其系统结构如图1。
图1拉曼散射温度传感系统结构2、分布式线型光纤感温火灾报警系统技术指标●测温范围：-50～150℃；●额定动作温度：35 ～115℃；●空间分辨率：1m；●定位精度：±1.0m；●采样速率（空间采样间隔）：100MHz(1m)；●测量时间：10s；●测量元件类型：感温电缆直接接入主机；●温度分辨率：±1.0℃；●温度稳定性：1.0℃；●温度显示：显示连续温度曲线；●测温方式：无盲区连续测试；●系统联网方式：RS485，可以远程数据传输；（同时支持TCP/IP,232接口）；●分布式线型光纤感温探测系统主机能够进行手动报警复位和协议报警复位功能；●分布式线型光纤感温探测系统主机能够远程输出报警开关量信号，实现系统报警与控制联动效应；●分布式线型光纤感温探测系统主机有输入(键盘与鼠标)与显示(液晶)功能，可视人机交互界面；●分布式线型光纤感温探测系统主机可配接备用电源；●分布式线型光纤感温探测系统主机可与报警控制器相配接；●使用温度：-25～60℃；●使用湿度：20～90%（无冷凝）；●输出信号：开关量输出；3、分布式光纤感温光缆光缆特点：中心松套管光纤，采用不锈钢软管护套，再外包上外径3mm的聚合物材料，光缆外形如图2所示。
❑具有柔韧性好，施工方便，不会受到电磁、广播系统、移动电话系统、腐蚀性气体、侵蚀性化学品、紫外线等外界影响。
❑GTF-GP-XXXX型光缆性能参数为：❑光纤类型：圆形多模光纤；❑测量元件数量：2条温敏光纤（其中一条为备用纤）；❑衰减率：衰减＜2.5dB/km；❑光纤纤芯直径：50或62.5μｍ；❑光纤覆层直径：125μｍ（丙烯酸酯涂层）；❑最小弯曲半径：静态大于10cm，动态大于20cm；❑拉力：安装过程小于800N，使用过程小于300N；❑压力：短期小于600N，长期小于200N；❑光缆重量：40kg/km；❑光缆外径：Φ3.0mm❑温度范围：-30～120℃；❑使用寿命：大于20年；图24、系统技术特点1、分布式——后端仪表获得在传感光纤所处的空间曲线的温度分布场，有别于传统的点式温度传感通过数据处理获取温度分布，ROTDR测量得到的每一个点的温度值都是真实的；2、定位——根据ROTDR的原理，沿着光纤的温度变化是通过光的反射和散射（类似雷达原理）来确定的，因此可以简单地和迅速地定位异常温度的位置；3、测量的单一性——温度结果与应力、压力、损耗等参数无关，在工作环境恶劣的工况条件下仍然可以正常工作；4、长距离——最长可达30km。
可以适用于大范围，多测量点的应用场合。
布设简单，无论使用单模或多模光纤，根据具体工程情况，可以找到合适的光纤和布设方案；5、温度测量范围大——利用最新的技术和特殊测温光纤。
；6、整根光缆不仅用作信号传输，更全被用作温度探测用，感温探测覆盖范围为其全长100%，报警区域的设置可以通过软件在光缆全长内自由设置，报警定位精度高，其探测区域最小可达1米，无论现场分区怎样变动，皆能满足要求；7、对每个分区的报警探测逻辑可以实现分区内最大温度（定温）、分区内温升速率（差温）、分区内最高温度与分区平均温度之间差值（分区温度均匀程度），三种方式的任意组合，保证实现早期和可靠的报警；8、对隧道等线形空间提供火灾蔓延方向判断功能，方便应急监测系统及时做出正确反应；9、对光缆全线提供连续的温度监测，而且系统兼备故障自检测功能，光缆发生故障时可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测点得到迅速修复；10、系统安装非常简便，信号传输和探测用一根光缆，安装至现场仅需将探测光缆固定即可轻松完成安装工作；11、探测部分完全采用光传输方式，光纤本身安全防爆防雷，并可以完全杜绝电磁干扰影响；12、光缆耐用性设计优异，探测光缆的寿命可达30年之久，对环境影响如温度，压力和湿度波动有抵抗力，同样也适用于较多灰尘和含有腐蚀性物质的空气中；13、系统集成方便，直接以通讯接口与常规火灾报警系统连接。
此外，DTS系统支持开放的通讯接口，易于实现控制器一级的系统集成；14、分布式感温光纤是高速公路隧道火灾监测的最佳方法，在国家消防规范中明确提出：在隧道火情系统监测上推荐使用光纤分布式温度监测系统。
5、行业应用分布式线型光纤感温火灾报警系统（DTS ）根据其技术优势在很多领域都有应用，当前其主要的应用领域如下。
1．电缆在线温度监测电缆运行状态监测电缆沟内火情监测与报警探测实时故障监测2．发电厂、变电站及大型冶金及石化企业的电缆桥架和电缆沟的温度监测，电缆沟防火直接关系到发电机组的安全运行，根据电力事故分析，由于电缆故障引起的火灾事故占相当大比例。
通过继电器与火灾报警主机结合实现联动，实时温度监测提前预警并且及时采取应对措施。
3.交通运输领域的温度监测及火灾报警系统如高速公路隧道、过江隧道、地铁、铁路、机场、船舱等防火、火情监测，可以设置多个报警输出，同时启动强制通风，关闭火灾信道等。
4.油库、军火库、危险品库、粮库、冷库及其它仓库的温度报警系统危险区域的温度测量和监控，设备简单，无外加电源，受监控的区域不带电。
5.石油、天然气行业油罐、石油、天然气管道或储罐温度监测和泄露探测以及油田和天然气竖井的温度检测。
6.现场安装：安装现场油罐外观 罐内外浮顶及不锈钢光缆 内部嵌入光纤的电缆隧道测温二、XSJ-2000型电缆温度在线监测预警系统1、系统概述：XSJ-2000型电缆、电缆头温度在线监测系统,是集总线通讯技术、微处理器技术、数字化点温、线温传感技术、离子感烟技术。
独创设计的低温、强电场、潮湿环境运行技术于一体。
该系统的开发研制均在电缆隧道内经多次反复试验攻关才得以完善，避免了电缆隧道内强大电场的干扰，完整安全地把数据传送至监视终端，因此，该系统是一种高可靠性的分布式电缆、电缆头温度在线监测系统。
2、系统组成2.1、传感器◆ T1001智能温度传感器技术参数工作电压：3.0V－5.5V测温范围：-55℃－+125℃测量精度：±0.5℃传感器尺寸：￠6×50mm输出接口：数字信号,1-Wire 总线T1001智能温度传感器封装特性：不锈钢管密封，防水、防腐蚀本传感器是数字化温度传感器与总线接口的集成，具有体积小、抗干扰能力强等优点。
本传感器可经受ESD(10000V)的高压，安装在电缆头压接管绝缘外侧防爆盒内或电缆密集处。
2.2、测温电缆◆ WAB智能测温电缆：实时测量动力电缆运行温度，可以沿电缆走向进行铺设，每根测温电缆长度为100米。
适合电缆测温、电缆敷设密集的地方。
2.3 、数据采集器型号：CL-IV CL-IVF（防水采集器）技术参数：工作电压：DC18-36V工作温度：-45℃-+85℃输出接口：数字信号485总线，8个开关量接口，一个继电器常开接点，4路温度驱动口状态显示：采用背光式液晶显示器，实时显示温度传感器及开关量状态尺寸：长220mm，宽120mm，厚60mm数据采集器数据采集器是接收、管理、转换其所在范围内的智能温度传感器、离子感烟探头和测温电缆的数据进行上传，数据通讯采用CRC16和CRC8纠错校验，以保证系统能在恶劣环境下可靠运行。
配合光缆使用，传输距离可达几十公里。
CL-IV型数据采集器可同时挂接40个T1001智能温度传感器、8个离子感烟探测器，所辖范围为100米半径，或者挂接200米WAB智能测温电缆。
安装位置在所带设备的中心电缆隧道的墙壁上。
具有独立显示温度的功能，能够极大方便现场故障的定位及维护。
2.4、主机结构：◆控制屏：高2260、宽800、深600（mm）◆工控机、显示器均与控制屏配套◆通讯单元（含光纤数据转换模块、报警器、系统电源）与控制屏配套17寸液晶显示器◆操作系统WindowsXP纯净版、数据库SOL、组态软件VIEL-4.01、网络模块Nt2000◆安装位置：控制室，电源为AC220V3、总线系统●采用全数字化网络结构，双总线系统结构提高了整个系统的抗干扰能力。
●系统总线由电源电缆及信号电缆组成电源电缆ZR-2x1.5；信号电缆VCOM-4芯屏蔽其指标为：线路电容＜30PF/M；线路电阻＜150W/KM●安装位置：由主机至全部的数据采集器，分别安装在电缆隧道的墙壁上Φ20PVC管或渡锌管内。
4、设计方案采用T001传感器方案如下：每台数据采集器可带40点T1001智能传感器，离子感烟器8只；每100米设数据采集器一台，总线制数据传输。
采用WAB分布式测温电缆方案如下：数据采集器可带100米长WAB分布式测温电缆4条，离子感烟器8只；每200米设一台数据采集器，总线制数据传输。
三、XSJ-2000型电缆隧道自动防火门系统1、概述：电缆隧道防火门的开、闭问题一直困扰着使用单位，当电缆隧道正常运行时，为了保证电缆隧道内的正常通风良好，一般单位要求电缆隧道内的防火门是敞开的。
如果此时发生了电缆隧道火灾，不可能及时关闭防火门，火焰将穿过防火门进入电缆隧道的另一段，将扩大事故的损失。
防火门没有发挥出防火的作用。
如果电缆隧道内的防火门正常是关闭的，将造成隧道通风不良、温度增高，容易发生电缆火灾事故。
综合上述存在的问题，我公司于2002年推出自动关闭防火门装置，在电力冶金行业得到了推广和使用，得到了用户的好评。
2、系统硬件构成：2.1、防火门1.采用国家标准的甲级钢质防火门；2.采用具有机械储能的闭门装置；3.极大减小了防火门关闭的启动电流；4.防火门位置继电器输出，可在监视终端查看防火门的开、闭状态；5.防火门的关闭可由就地人为控制，远方控制；6.每段的离子感烟器，其动作后联动该段周围的防火门。