溫度傳感器的應(yīng)用分析

任早早　曾翰雅

摘要：光纖傳感器技術(shù)在20世紀(jì)70年代以來得到了迅速的發(fā)展，其本身具有耐腐蝕、高靈敏度以及體積小、機(jī)構(gòu)簡單、可彎曲等諸多優(yōu)點(diǎn)。文章結(jié)合DTS分布式光纖傳感器系統(tǒng)的原理等，在對(duì)分布式光纖溫度傳感器分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其測(cè)溫系統(tǒng)在電力系統(tǒng)各設(shè)備溫度安監(jiān)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：DTS；光纖傳感器；溫度傳感器；測(cè)溫系統(tǒng)；電力系統(tǒng)；設(shè)備溫度 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TP212 文章編號(hào)：1009-2374（2015）16-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.026

在當(dāng)前科技的發(fā)展中，溫度逐漸成為了工程應(yīng)用領(lǐng)域絕對(duì)重要的監(jiān)測(cè)對(duì)象，為得到準(zhǔn)確檢測(cè)范圍跨度的溫度信息，采用這種光纖溫度傳感器具有極大的優(yōu)勢(shì)，在數(shù)據(jù)采集的過程中不會(huì)發(fā)生溫度傳感器的單規(guī)點(diǎn)移動(dòng)，使數(shù)據(jù)具有延時(shí)性，從而降低了溫度測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，此系統(tǒng)適用于電力、化工、冶金等多個(gè)領(lǐng)域?qū)?shí)時(shí)溫度的測(cè)量和監(jiān)控，擁有廣泛研究前景。

1 DES分布式光纖傳感器測(cè)溫原理

綜合看來，此系統(tǒng)在溫度信號(hào)載體方面主要采用了拉曼分布式光纖溫度傳感器這一形式，利用光纖中的自發(fā)拉曼散射溫度效應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)了實(shí)際測(cè)溫，具體說來，其經(jīng)過運(yùn)用OTDR技術(shù)的分布式光纖傳感器技術(shù)，能動(dòng)態(tài)測(cè)量和分析相應(yīng)跨度的分布式溫度，究其測(cè)溫機(jī)理而言，其利用了后向拉曼散射光譜的溫度響應(yīng)效應(yīng)，也就是當(dāng)其雪崩二極管（APD）探測(cè)時(shí)，一旦接觸到較微弱的Anti-Stokes反斯托克斯光散射信號(hào)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)應(yīng)地自動(dòng)輸出幅值為幾十納伏的信號(hào)電壓。除此之外，加之光信號(hào)在耦合、濾波等環(huán)節(jié)中均會(huì)形成光能量的損失，隨即出現(xiàn)了溫度信息被淹沒或面臨噪聲的不利工況。基于此現(xiàn)狀，該系統(tǒng)運(yùn)用了微弱信號(hào)放大過濾處理技術(shù)對(duì)其存在的噪聲等干擾信號(hào)進(jìn)行了處理，使得采集、傳輸Anti-Stokes反斯托克斯、Stokes斯托克斯光波信號(hào)中所造成的信號(hào)測(cè)量誤差得到了消除，并結(jié)合對(duì)設(shè)置定標(biāo)區(qū)技術(shù)方法的應(yīng)用，將上述兩種光波信號(hào)中的干擾分量進(jìn)行了消除，使得APD探測(cè)器響應(yīng)度差異等，會(huì)一定程度上使影響到溫度信號(hào)測(cè)量結(jié)果大幅降低，在此基礎(chǔ)上，獲得了較為準(zhǔn)確的溫度信號(hào)，其涉及到的溫度信號(hào)測(cè)量公式如下：

式中：c表示光波光速，也就是傳輸過程中的偏移量；h表示普朗克系數(shù)；波爾茲曼系數(shù)則用k表示；DTS系統(tǒng)采集到的絕對(duì)溫度值則用T表示。

綜合以往相關(guān)的文獻(xiàn)資料可看出，對(duì)于分布式光纖傳感器的DTS測(cè)溫系統(tǒng)而言，其測(cè)量精度也可以達(dá)到0.5℃范圍內(nèi)，而對(duì)應(yīng)的測(cè)量距離最長可以達(dá)到30km，最高的溫度信號(hào)空間定位精度可精確到0.25m范圍內(nèi)，而相應(yīng)的分辨率最高也能達(dá)到0.01℃范圍內(nèi)的水平，這些數(shù)據(jù)都顯示出了此系統(tǒng)即使在惡劣環(huán)境中，同樣能使溫度信號(hào)的檢測(cè)和控制精度得到較大的提高。

2 DTS分布式光纖傳感器系統(tǒng)簡介

在新時(shí)期的發(fā)展過程中，作為一款結(jié)構(gòu)復(fù)雜的溫度在線檢測(cè)控制產(chǎn)品，DTS分布式光纖傳感器系統(tǒng)適用于干擾對(duì)象較多、環(huán)境惡劣以及檢測(cè)范圍跨度大的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，能實(shí)現(xiàn)對(duì)其溫度的實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)和控制。綜合來看，其由光路模塊、高級(jí)應(yīng)用軟件、控制光纖、輔助的外圍集成電路模塊等組成。

在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中，通過電路模塊的控制信號(hào)，然后借助對(duì)電路驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體激光器的驅(qū)動(dòng)，致使二者發(fā)生高速脈沖，在耦合的情況下，生成需要的光纖信號(hào)，在接下來的分光光路的轉(zhuǎn)換中，促使其進(jìn)入到傳感光纖中，后續(xù)運(yùn)用中，經(jīng)探測(cè)器、高速采集電路等，使得相應(yīng)的監(jiān)測(cè)對(duì)象溫度信號(hào)的采集任務(wù)得以完成，而半導(dǎo)體激光器產(chǎn)生的激光脈沖，會(huì)借助分光耦合特性發(fā)生背向散射光，具體細(xì)分，有Stokes（斯托克斯）光、Rayleigh（瑞利）光及Anti-Stokes（反斯托克斯）光，其中第一種光對(duì)溫度信號(hào)不敏感，可將其作為參考光；第三種光具有溫度敏感性，為溫度信號(hào)光，在此過程中，經(jīng)過分光光路、光濾波器濾波后，分光光路、光濾波器濾波后將第一種光和第三種光波有效分離，然后經(jīng)APD探測(cè)器接收，由高速數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行自動(dòng)采集，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)向客戶PC機(jī)的上傳，歷經(jīng)這一過程，結(jié)合系統(tǒng)溫度信號(hào)及溫度分布曲線等的顯示，完成了整個(gè)過程的檢測(cè)控制。

3 分布式光纖傳感器在工程中的實(shí)際應(yīng)用分析

從當(dāng)前的應(yīng)用及發(fā)展現(xiàn)狀來看，DTS測(cè)溫系統(tǒng)在眾多領(lǐng)域，尤其是特殊惡劣環(huán)境過程控制中都有重要作用，在未來社會(huì)發(fā)展中具有廣闊的應(yīng)用前景。本文結(jié)合電力行業(yè)中的溫度測(cè)控方面，對(duì)DTS系統(tǒng)在其中的應(yīng)用進(jìn)行了分析。具體說來，作為一個(gè)復(fù)雜的，電、熱、磁等共同存在的環(huán)境，電力系統(tǒng)中有較多的電壓電氣設(shè)備基于安全穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)節(jié)能等方面的考慮，大多都需要用到動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)溫度信號(hào)。在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用方面，分布式光纖傳感器一般是結(jié)合不同的電氣設(shè)備溫度信號(hào)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光纖光柵測(cè)溫儀和光纖溫度測(cè)溫儀的整合，在此種方式的基礎(chǔ)上，對(duì)測(cè)溫控制系統(tǒng)進(jìn)行了完善，其涉及的邏輯組成結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

如圖1，在供配電系統(tǒng)中，基于電纜分布較為分散的現(xiàn)狀，一般情況下有很多的點(diǎn)需要進(jìn)行溫度檢測(cè)，所以現(xiàn)場(chǎng)工程機(jī)1選用的測(cè)溫儀為本次研究中的分布式光纖傳感器測(cè)溫儀，結(jié)合實(shí)際運(yùn)用的需要，筆者集中設(shè)置了變壓器、開關(guān)等一次設(shè)備，另外，在現(xiàn)場(chǎng)工程機(jī)2的測(cè)溫儀選用方面，選用的是系統(tǒng)中光纖光柵傳感器的測(cè)溫儀，通過此形式，讓光纖溫度傳感器測(cè)溫系統(tǒng)更加實(shí)用，并使其涉及到的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益得到了提高，優(yōu)化了對(duì)其的實(shí)用。

結(jié)合本次實(shí)際應(yīng)用及后續(xù)分析看來，本文的研究有效結(jié)合了光纖光柵溫度傳感器和分布式光纖溫度傳感器，在資源及技術(shù)整合的前提下，其對(duì)電力系統(tǒng)中的溫度監(jiān)測(cè)方面具有舉足輕重的作用，借助其良好的屏蔽性能，對(duì)電力系統(tǒng)中強(qiáng)大的溫度場(chǎng)和電能場(chǎng)干擾進(jìn)行了有效避免，并在使用的過程中表現(xiàn)出耐輻射、耐高壓等諸多優(yōu)點(diǎn)，在電力系統(tǒng)測(cè)溫系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)可靠性的有效提高方面發(fā)揮著重要作用。

4 結(jié)語

綜上所述，在新時(shí)期的眾多領(lǐng)域，DTS分布式光纖傳感器都有著良好的應(yīng)用前景，本文結(jié)合其在電力系統(tǒng)中安全監(jiān)測(cè)方面的應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行了積極探討，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)電廠、變電站等主要電氣設(shè)備溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控，這種運(yùn)作模式的發(fā)展過程中，為全廠（站）的安全監(jiān)測(cè)控制在溫度信號(hào)方面做出了有力支撐，對(duì)于存在的安全隱患等，運(yùn)行人員能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并實(shí)施針對(duì)性措施，有效地確保了整個(gè)電力生產(chǎn)安全穩(wěn)定以及節(jié)能高效的發(fā)展，對(duì)于我國電力系統(tǒng)的高效經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要的現(xiàn)實(shí)

意義。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）