基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)

陸建國

（上海理工大學，上海 200093）

從目前所擁有的材料來看，光纖是一種比較先進的材料，與其他的傳感器相比，光纖的優(yōu)點較多。例如，光纖具有良好的抗電磁性能、并且能夠耐受較高的溫度，對外界的變化也是比較敏感的，價格上也有所降低。為此，通過開發(fā)與實現(xiàn)基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)，能夠更好的對電力電纜溫度開展監(jiān)測，當溫度急劇升高和急劇下降的時候，都可以及時的采取有效的措施來控制，避免對電力運行造成較大的影響。在此，本文主要對基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)進行討論。

1 拉曼散射分布式光纖測溫原理

在基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)當中，主要應(yīng)用到的溫度測量原理，就是拉曼散射分布式光纖測量溫度的原理。從理論上來講，實際的溫度測定，需要把握好時間和距離的因素，且要對外界的變化和內(nèi)部的運行狀態(tài)有所了解，不然很難測定理想的溫度。因此，選擇拉曼散射分布式光纖測溫原理，能夠得到較為準確的結(jié)果。該原理具體表現(xiàn)為：利用光纖中產(chǎn)生的散射的位置，同時結(jié)合該位置散射光的返回時間，將兩者的關(guān)系相互聯(lián)合起來，以此來實現(xiàn)對測溫點的精確定位。同時，實現(xiàn)沿著光纖溫度場的異常溫度點、光纖斷裂點的距離定位。由此可見，該原理對基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)和實現(xiàn)，具有積極意義。首先，該原理能夠較好的進行定位工作，直接尋找到溫度過高的地方，不會因為外界因素的變化，導致定位的錯誤。其次，在線監(jiān)測過程中，可隨時發(fā)現(xiàn)溫度波動較大的位置，并及時采取措施來解決，避免造成電力運行的較大故障。

2 基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)

就系統(tǒng)本身來講，應(yīng)在硬件和軟件兩個方面努力。現(xiàn)階段的電力運行工作，需要各種系統(tǒng)的輔助?；诜植际焦饫w光柵傳感溫度測量系統(tǒng)，不僅僅是對固有測量溫度系統(tǒng)的改進，同時還要在其中融入較多的內(nèi)容，一方面來減少固有的測量不精準問題，另一方面提高該系統(tǒng)與其他電力系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用，以此來鞏固日常電力工作的效率和質(zhì)量，保證電力資源的正常輸送，減少客觀上的影響和一些小問題的干擾。在此，本文主要對基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)進行論述。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

對于基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)而言，其硬件設(shè)計直接影響到該系統(tǒng)的運行情況，同時會在很大程度上體現(xiàn)外界的自然因素變化。所以，系統(tǒng)的硬件部分需保證較強的穩(wěn)定性。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗和當下的工作標準，基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的硬件設(shè)計，主要從以下幾個方面著手：（1）通過激光器發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號，以此來觸發(fā)端口發(fā)出電信號。信號的發(fā)出，能夠驅(qū)動A／D采集卡開始工作，采集必要的信息和數(shù)據(jù)。（2）信息和數(shù)據(jù)采集完畢后，脈沖光信號會經(jīng)過波分復(fù)用器，將其耦合到傳感的光纖當中，而考慮到現(xiàn)實條件限制，傳感光纖主要是安置到待測溫度場當中。（3）光脈沖在傳感光纖中傳播時，各點位置上引發(fā)的散射光中后向散射部分經(jīng)過光纖傳輸通道進入波分復(fù)用器耦合到接收通道。（4）需要對所得到的數(shù)據(jù)和信息，經(jīng)過多次的數(shù)字平均運算，逐步提高信噪比。操作人員會利用該系統(tǒng)對溫度情況開展一系列的解調(diào)運算，以此來完成對待測溫度場的分布式溫度測量，最終顯示出來。從硬件來看，基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的設(shè)計比較貼合實際，總體上的工作效果值得肯定。

2.2 軟件設(shè)計

硬件設(shè)計主要是為了保障基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)能夠流暢的運行，而軟件設(shè)計，主要是為了在實際的工作中，系統(tǒng)擁有較多的功能，實現(xiàn)對電力電纜溫度的更好測量，得到的數(shù)據(jù)和信息多樣化。結(jié)合以往的工作成果和當下的社會要求，基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的軟件設(shè)計，應(yīng)在以下幾個方面努力：（1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集直接決定了在線測量的準確程度。所以，數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計，主要通過連續(xù)調(diào)用CLF節(jié)點來完成。系統(tǒng)會將采集到的數(shù)據(jù)，完全存入到局部變量的數(shù)組當中，當達到一定的次數(shù)后，就會輸出，其實質(zhì)的運行過程是一個軟件虛擬的二級緩存。由此可見，數(shù)據(jù)采集模塊，并不是太大的難點，其在系統(tǒng)運行中，取得的效果是比較理想的。（2）基于改進小波變換閾值的軟件去噪。數(shù)據(jù)收集完成后，并不能直接應(yīng)用，需要進一步的去噪處理，以此來提高測量的精度。小波算法是目前比較常用的方法，該算法在信號濾波中的運用有很多的優(yōu)勢，包括算法精度較高、計算簡便等，其得到了較為廣泛的應(yīng)用。（3）溫度解調(diào)以及信號校正模塊。該模塊是一個必要的模塊，并且在很多方面，都會對最終的結(jié)果造成影響。所以，日后還需要在溫度解調(diào)以及信號校正模塊方面進一步的研究，鞏固基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的性能。

3 系統(tǒng)實驗驗證及分析

基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)通過硬件和軟件的研究，并且在原理上的應(yīng)用，也取得了理想的效果。下一步，就是要對系統(tǒng)開展一系列的實驗工作，并且分析最終的實驗結(jié)果，以此來對基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)進行優(yōu)化處理，積極的投入到實際的溫度監(jiān)測工作中。系統(tǒng)實驗驗證及分析，需要在溫度解調(diào)與顯示、系統(tǒng)精度測試實驗等方面努力。以溫度解調(diào)與顯示為例，按照國際上通用的分布式溫度傳感器定標方法，定標區(qū)設(shè)置在光纖的200 m處，把前200 m放入恒溫箱作為參考光纖。在220 m光纖處取5 m長光纖盤成圈置于熱水杯中，可知光纖前200 m由于前端反射不穩(wěn)定，無法反映實際溫度，波形末端由于后端反射存在也無法反映實際溫度。光纖中間部分在室溫下，溫度都在25℃左右，220 m附近則出現(xiàn)了明顯的突起，其峰值點反應(yīng)熱水的溫度，符合實際情況。由此可見，將基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)投入到具體的工作中，可對溫度監(jiān)測提供較多的幫助，數(shù)據(jù)和信息的收集也比較全面。

4 總 結(jié)

本文對基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)的開發(fā)與實現(xiàn)進行討論，現(xiàn)階段的工作在很多方面都取得了較大的積極成果，為我國的電力運行穩(wěn)定提供了較多的幫助。隨著人口的增加和電力資源需求的提升，基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)也需要不斷的進行優(yōu)化，除了要融入較多的技術(shù)外，還應(yīng)該不斷的強化軟件與硬件，從多方面完成溫度監(jiān)控能力的提升。相信在今后的工作中，基于分布式光纖光柵傳感溫度測量系統(tǒng)能夠創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟效益與社會效益。

［1］ 羅 裴，黃 耀，田建偉.粘貼技術(shù)對光纖光柵應(yīng)變傳感陣列特性影響的研究［J］.新型工業(yè)化，2014，09：23－29.

［2］ 王 輝，郝旭東，龔延興，江大林.光纖復(fù)合導線在110～220 kV輸電線路上的研究與應(yīng)用［J］.華北電力技術(shù)，2014，10：25－32.

［3］ 程有坤，孟上九，汪云龍，林 莉，張書榮.光纖光柵在動載作用下路基變形監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.地下空間與工程學報，2014，S2：1887－1892.

［4］ 嚴珺凡，朱鴻鵠，施 斌，王寶軍，王 靜.基于DOFS的水位變化下土質(zhì)邊坡模型穩(wěn)定性試驗研究［J］.工程地質(zhì)學報，2014，06：1263－1270.

［5］ 周 勇，趙新銘，孫岳陽，吳 剛，姚 劍，龔榮山.分布式光纖溫度傳感滲漏監(jiān)測技術(shù)研究進展［J］.新技術(shù)新工藝，2014，11：119－122.

［6］ 程保喜.光纖傳感器技術(shù)在管道安全實時監(jiān)測監(jiān)控中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2014，22：46－48.