一种分布式光纤测温系统技术方案

本发明专利技术公开了一种分布式光纤测温系统，用于对超导电缆进行温度监控，包括激光光源、传感光缆、光电探测器、交换机、声光报警系统和后台监控主站，所述激光光源与一个光纤隔离器连接，其输出端通过光耦接入传感光缆，所述传感光缆沿超导电缆设置，并紧固于超导电缆隔热层的表面，所述光耦的输出端与所述光电探测器连接，所述光电探测器接入交换机，所述交换机分别与所述声光报警系统和所述后台监控主站连接。本发明专利技术能够实现对于超导电缆的全长度范围的温度监控。

A distributed optical fiber temperature measurement system

【技术实现步骤摘要】
一种分布式光纤测温系统
本专利技术涉及一种用于电缆监控领域的分布式光纤测温系统。
技术介绍
随着用电负荷密度的增长，电力电缆的载荷不断上升。超导电缆因其超强的带载能力，成为保障高负荷长时间供电的解决手段。国内已建成首条公里级超导电缆，超导电缆的建设应用及运维管理技术正日益成熟。由于超导电缆的造价高，运维工作相对普通电力设施存在诸多特殊性。针对电缆运行状态、运行环境、外破风险的全方位、全时段在线监测技术，成为超导电缆安全稳定运行的重要支撑。超导电缆有一定运行温度的要求，需要在封闭的冷媒环境内进行运行。现有的温度监控技术采用温度监控芯片，只能对小范围的温度点进行监控，难以对长距离大范围的电缆进行全方面长效监控。如何对超导电缆进行全范围精准的冷媒泄露监控、环境温度监控是技术人员的主要目标。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种分布式光纤测温系统，它能够实现对于超导电缆的全范围温度监控。实现上述目的的一种技术方案是：一种分布式光纤测温系统，用于对超导电缆进行温度监控，包括激光光源、传感光缆、光电探测器、交换机、声光报警系统和后台监控主站；所述激光光源与一个光纤隔离器连接，其输出端通过光耦接入传感光缆，所述传感光缆沿超导电缆设置，并紧固于超导电缆隔热层的表面，所述光耦的输出端与所述光电探测器连接，所述光电探测器接入交换机，所述交换机分别与所述声光报警系统和所述后台监控主站连接。进一步的，所述传感光缆为航空器专用铠装光缆，其外侧包覆有隔温保护套。r>再进一步的，所述隔温保护套的材料按照重量比由以下组分构成：40-100份硅烷交联聚乙烯、12-30份无机阻燃剂、15-30份小粒炭黑、0.5-1.5份光稳定剂、0.5-1.5份抗氧剂、0.5-3份钛酸酯偶联剂、1-5份EVA树脂和10-15份滑石粉。进一步的，所述激光光源为光脉冲仪。进一步的，所述光纤隔离器为在线式偏振无关光隔离器，最大的插入损耗为O.4dB，最小隔离度为33dB。本专利技术的一种分布式光纤测温系统，通过将一个特定频率的光脉冲照射光纤，在光纤内产拉曼散射，光在光纤中传输时一部分拉曼散射光(后向拉曼散射光)沿光纤原路返回，被光纤探测单元接收，通过测量背向拉曼散射光中Anti-Stokes光与Stokes光的强度比值的变化实现对外部温度变化的监测。光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。本专利技术能够实现对于超导电缆全传输范围上各个点的温度进行精确测定。附图说明图1为本专利技术的一种分布式光纤测温系统的结构示意图。具体实施方式为了能更好地对本专利技术的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例进行详细地说明：采用光纤进行测温的原理如下：当使用一个特定频率的光脉冲照射光纤内的玻璃芯后，会产生多种类型的辐射散射。如瑞利(Rayleigh)散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射等，其中拉曼散射是对温度最为敏感的一种。光纤中光传输的每一点都会产生拉曼散射，并且产生的拉曼散射光是均匀分布在整个空间角内的。拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的，具体地说，如果一部分光能转换成为热振动，那么将发出一个比光源波长更长的光，称为斯托克斯光(Stokes光)，如果一部分振动转换成为光能，那么将发出一个比光源波长更短的光，称为反斯托克斯光(Anti-Stokes光)。其中Stokes光强度受温度的影响很小，可忽略不计，而Anti-Stokes光的强度随温度的变化而变化。Anti-Stokes光与Stokes光的强度之比提供了一个关于温度的函数关系式。光在光纤中传输时一部分拉曼散射光(后向拉曼散射光)沿光纤原路返回，被光纤探测单元接收。后台系统通过测量背向拉曼散射光中Anti-Stokes光与Stokes光的强度比值的变化实现对外部温度变化的监测。在时域中，根据光在光纤中的传输速率和入射光与后向拉曼散射光之间的时间差，可以对不同的温度点进行定位，这样就可以得到整根光纤沿线上的温度并精确定位。请参阅图1，本专利技术的一种分布式光纤测温系统，包括激光光源1、传感光缆2、光电探测器3、交换机4、声光报警系统5和后台监控主站6。激光光源1为光脉冲仪。激光光源1与一个光纤隔离器11连接。激光光源输出的光耦合入光纤后，如果不加背向隔离，一定量的光会反射回激光器，形成一个新的谐振频率，导致干涉输出的不稳定周期变化，所以需选用光纤隔离器，防止光纤中反射光对光源的影响。本实施例中光纤隔器选用在线式偏振无关光隔离器，其最大的插入损耗为O.4dB，最小隔离度为33dB。激光光源1的输出端通过光耦12接入传感光缆2，传感光缆2沿超导电缆设置，并紧固于超导电缆隔热层的表面，使得尽可能获取超导电缆隔热层的表面温度。由于超导电缆运行的环境较为特殊，为处于冷媒环境下的低温环境，因此测温光缆的选择需要具有较强的针对性。如果发生冷媒泄露，泄漏点附近温度可能会低于零下70℃，低温环境下，激光在普通光缆中的传输会出现大幅衰减，严重影响监测精度和测量效果，本专利技术中选用航空器专用铠装光缆，可应对极端环境，保证测温精度和定位精度。除选用耐低温光纤本体之外，本专利技术对光缆护套材料进行设计，采用一种耐寒抗紫低烟无卤阻燃光缆护套，光缆护套按重量比由以下组份构成：40-100份硅烷交联聚乙烯、12-30份无机阻燃剂、15-30份小粒炭黑、0.5-1.5份光稳定剂、0.5-1.5份抗氧剂、0.5-3份钛酸酯偶联剂、1-5份EVA树脂和10-15份滑石粉。本光缆护套具有耐超低温、抗紫外线能力超强、阻燃性能优良，抗张强度高、断裂伸长率大、老化温度和指标、体积电阻系数、耐油性能、耐刮磨性能、柔软性，都有卓越表现。可完全应对超导电缆的运行环境要求。由于护套的增加，使得测温光缆与实测环境间产生物理隔离，导致温差的出现，因此，在光缆生产加工完成后，需通过实验环境对装置进行重新校准和标定，以满足测温的精度要求。光耦12的输出端与光电探测器3连接，光电探测器3接入交换机4，交换机分4别与声光报警系统5和后台监控主站6连接。后台监控主站6进行光电信号的分析及对声光报警系统5进行控制。本
中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本专利技术，而并非用作为对本专利技术的限定，只要在本专利技术的实质精神范围内，对以上实施例的变化、变型都将落在本专利技术的权利要求书范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式光纤测温系统，用于对超导电缆进行温度监控，包括激光光源、传感光缆、光电探测器、交换机、声光报警系统和后台监控主站，其特征在于：/n所述激光光源与一个光纤隔离器连接，其输出端通过光耦接入传感光缆，所述传感光缆沿超导电缆设置，并紧固于超导电缆隔热层的表面，所述光耦的输出端与所述光电探测器连接，所述光电探测器接入交换机，所述交换机分别与所述声光报警系统和所述后台监控主站连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种分布式光纤测温系统，用于对超导电缆进行温度监控，包括激光光源、传感光缆、光电探测器、交换机、声光报警系统和后台监控主站，其特征在于：
所述激光光源与一个光纤隔离器连接，其输出端通过光耦接入传感光缆，所述传感光缆沿超导电缆设置，并紧固于超导电缆隔热层的表面，所述光耦的输出端与所述光电探测器连接，所述光电探测器接入交换机，所述交换机分别与所述声光报警系统和所述后台监控主站连接。


2.根据权利要求1所述的一种分布式光纤测温系统，其特征在于，所述传感光缆为航空器专用铠装光缆，其外侧包覆有隔温保护套。


3.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：宗明，马国强，徐俊，洪旺松，张俊利，张寒，朱钦，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：上海;31