系统技术原理

光纤中的光散射主要是由光纤的非结晶材料在微观空间的颗粒状结构和玻璃中存在的像气泡这种不均匀结构引起的。光散射会引起光功率分散,使能量在各方向上均有分布,由于单模光纤只存在前向和后向传导模,所以光在单模光纤中只存在前向散射光和后向散射光。光纤中光散射分为瑞利散射(弹性散射)、拉曼散射(非弹性散射)以及布里渊散射(非弹性散射),其中对于拉曼散射和布里渊散射而言,不同功率的输入光会分别产生各自的自发散射和受激散射。如图1所示为光纤中光的散射图谱示意图,其中基于瑞利Rayleigh散射效应可用于振动测量,基于自发拉曼Raman散射效应可用于分布式温度测量,基于受激布里渊Brillouin散射效应可用于温度、应变的测量。


系统结构

分布式光纤温度监测系统(DTS)是通过光纤作为传感器来测量温度的光学仪器。该系统利用单根光纤同时实现温度检测和信号传输,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。系统能够连续测量光纤沿线的温度分布情况,特别适用于长距离、大范围、高精度、多点的实时温度测量。

技术实现

1、隧道内温度监测

可将感温光纤贴敷铺设于地铁隧道内建筑结构,可连续监测地铁隧道内日常温度分布情况,当发生温度异常时,将引起火灾的潜在危险,由分布式光纤温度监测系统生成预警信息,指挥调度维修人员及时维护,避免火灾发生。当火灾发生时,可由该系统判断火灾蔓延情况,为抢修提供完善的决策参考信息,指示出最佳进入位置。

2、地铁电力仓电缆过热监测

电力仓中高压电缆局部温度过热是引起火灾的主要因素,可将感温光纤贴敷铺设,当发生温度异常时,可将引起火灾的潜在危险,由分布式光纤温度监测系统生成预警信息(温度与位置),指挥调度维修人员及时维护,避免火灾发生。当火灾发生时,可由该系统判断火灾蔓延情况,为抢修提供完善的决策参考信息,指示出最佳下井位置。通过实时监测,减少资源的浪费,保证管廊经济、安全运行。

3、隧道内周界安防监测

分布式光纤智能入侵探测系统是一种基于分布式光纤振动传感技术的入侵报警设备,可以实时监测一根布设在安防周界上或安防区域内的连续光纤上的分布振动信号。当入侵行为导致局部光纤扰动时,该系统可以迅速发现和定位,发出入侵报警信号。

该系统采用超窄脉冲光作为种子源,注入到光纤中,系统采集光纤中的后向瑞利散射光。当光纤链路中有扰动发生时,系统所采集的后向瑞利散射光的折射率发生了改变,导致了在该位置处光相位发生了变化,从而导致了散射光光强的变化。系统通过实时检测光强,将前后两个信号光强进行对比,当光强有变化时,给出实时报警信号。并且通过计算注入光脉冲和接收到反射信号的时间差来判断引起光强发生变化的扰动位置。

4、隧道有害气体监测

利用瓦斯气体的光学吸收效应,通过精心设计的光学反射式气室,以及利用光纤传导技术,将随瓦斯浓度而变化的光强信息转化为线性输出的电信号。软件修正后的输出信号与瓦斯浓度关系为线性。具有传输距离远,测量精度高,响应时间短,重复性和稳定性好等特点,真正的实现地铁隧道内无缘检测的系统。

分布式光纤温度传感技术优势

1、20Km测量范围内,具有测量精度高,高空间分辨率,响应速度快等优良特性。


2、适用于温度变化范围(-40~120℃)较大的应用环境。


3、优越的Dynamic Sampling-Correction scheme算法。


4、基于该技术的传感系统功耗低,抗电磁干扰,本征安全。


5、传感光缆耐腐蚀,可靠性强,使用寿命长达30年。


6、易实现分布式、连续测量,易于成网。


7、应用范围广泛,可满足不同分布式温度测量需求。





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