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解決方案

光纖測溫

隨著我國電力系統的不斷發展,一個突出的問題顯現了出來,這就是電纜的平均故障率要明顯高于發達國家,對輸電電纜的實時監測,已經成為保障電纜正常工作的必要手段之一。

 

傳統的測溫方法,例如熱電偶式,其缺點很明顯。比如它只能反映電纜局部位置的溫度情況,無法反映整條電纜以及所敷設環境全部情況;測試范圍有限;安裝繁瑣并且不可靠;易受電磁干擾等等。

 

在研究測溫技術的過程中,發現分布式光纖測溫(Distributed Temperature Sensing,以下簡稱DTS)技術可以利用光纖作為傳感器,將光纖直接敷設在被測物體表面,在一定條件下將被測物體各個位置的溫度信號以光波的形式回傳到光纖端部,最終被提取并顯示出來。這種技術只需一根光纖就可以監測長達數公里的線型設備(電纜)或點式設備。

 

此外,電纜的載流量與環境條件有著密切的關系。根據IEC 6028標準,電纜的最大載流量是由一系列參數決定的,如所敷設位置的環境條件等。因此,為了確定電纜系統最佳的和最安全的載流能力,有必要對所安裝電纜及其環境進行實時的精確的溫度監測。

 

光纖測溫的機理是依據后向喇曼(Raman) 散射效應。激光脈沖與光纖分子相互作用, 發生散射,散射有多種,如瑞利(Rayleigh)散射、布里淵(Brillouin)散射和喇曼(Raman)散射等。其中喇曼散射是由于光纖分子的熱振動,它會產生一個比光源波長長的光,稱斯托克斯(Stokes)光,和一個比光源波長短的光,稱為反斯托克斯(Anti-Stokes)光。光纖受外部溫度的調制使光纖中的反斯托克斯(Anti-Stokes)光強發生變化,Anti-StokesStokes的比值提供了溫度的絕對指示,利用這一原理可以實現對沿光纖溫度場的分布式測量。

 

結合高品質的脈沖光源和高速的信號采集與處理技術,就可以得到沿著光纖所有點的準確溫度值。DTS用一個10ns延遲的激光脈沖,能夠實現對最大30km的光纖空間分辨率1m的溫度測量,也就是相當于30,000個測量點。

 

基于上面的原理,分布式光纖測溫技術特別適合于皮帶機及導輥過熱及火災預警,它可以得到沿著皮帶機及導輥每個點的溫度信號大大減小了誤報和漏報。

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