基于分布式光纤测温的电缆隧道温度监测系统的制作方法

本实用新型涉及电力系统电缆隧道温度监测技术领域，尤其涉及一种基于分布式光纤测温的电缆隧道温度监测系统。

背景技术：

电缆隧道是电力系统的重要组成部分，发电厂、变电站、换流站以及城市配电网都配有电缆隧道。电缆隧道内设备通常在高电压、强电场、热负荷等环境下工作，且工作环境无人值守也无人为监控。电缆隧道作为电力系统基础设施，涉及千家万户的用电需求，电缆隧道内设备的运行温度是保障电网安全运行的一个重要因素。无论是动力电缆、通信光纤还是电缆隧道内的其他电气设备，作为电力系统的重要环节都可能因为一些电路问题或者外界因素而导致局部过热或者产生电弧火花而导致火灾从而造成巨大的经济损失。因此为了避免这样的恶性事件，急需对电缆隧道进行全方位的温度监测。

电缆隧道环境温度状况、电缆运行状况等只能在运行中发现，运行时间越长越容易发生过热烧穿事故，由此可能造成巨大的经济损失。

目前传统的温度探测器均采用点探测工作方式，这样的工作方式不仅不适合强电磁的工作环境，并且对于长距离多点探测有着相当大的困难。针对传统探测方式的不足，近年来出现的分布式光纤测温方式结合后向拉曼散射效应和光时域分析(OTDR)技术利用传感光纤实现对温度场的一个分布式测量，与传统的温度测量方式相比，分布式光纤测温传感器具有灵敏度高、抗电磁干扰、长距离多点探测等优点，因此可以广泛地应用在电力系统，轨道交通、煤矿巷道以及大型建筑的温度监控和火灾报警当中。

然而，在现有的分布式光纤测温传感装置当中，存在着温度分辨率较低、定位不够准确等问题，无法真正地将火灾进行提前预警，并且许多装置体积较大，安装不便。

技术实现要素：

本实用新型的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种基于分布式光纤测温的电缆隧道温度监测系统，该系统能实时监测隧道的温度分布情况，提前预报故障隐患，减少损失。

本实用新型是通过以下技术方案来实现的：基于分布式光纤测温的电缆隧道温度监测系统，包括脉冲激光器、波分复用器、多模传感光纤、光电转换器、用于控制所述脉冲激光器发出脉冲激光的信号处理单元、以及后台客户端；所述脉冲激光器分别与所述信号处理单元、所述波分复用器连接；所述波分复用器分别与所述多模传感光纤、所述光电转换器连接；所述光电转换器与所述信号处理单元连接，所述信号处理单元与所述后台客户端连接；所述脉冲激光器产生的脉冲激光经过所述波分复用器后进入所述多模传感光纤内并在所述多模传感光纤中发生散射，并向后散射拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光；所述拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光返回所述波分复用器后进入所述光电转换器并进入所述光电转换器转换为电压信号；所述电压信号传递至所述信号处理单元进行累加平均、降噪处理及解调信号后，得出光纤沿线温度分布曲线后将该曲线数据传输至所述后台客户端。

所述脉冲激光器所发出脉冲激光，其中心波长为1550nm，峰值功率可调范围为20W～30W，脉冲宽度可调范围为10ns～1000ns，脉冲重复频率可调范围为10Hz～100kHz可调。中心波长为1550nm的脉冲激光在光纤中的损耗最小，因此能够在光纤中长距离传输，得以光纤测温的长度得到提升。

所述波分复用器具有三个带通滤光片，三个带通滤光片分别为：可通过中心波长为1450nm的拉曼反斯托克斯散射光的第一带通滤光片、可通过中心波长为1660nm的拉曼斯托克斯散射光的第二带通滤光片、以及可通过中心波长为1550nm的入射脉冲激光的第三带通滤光片。三种带通滤光片的通过中心波长的波段相差较大，便于播放复用器将不同波段的光提取出来。

所述第一带通滤光片的通光范围为1445nm～1475nm；所述第二带通滤光片的通光范围为1645nm～1680nm；所述第三带通滤光片的通光范围为1535nm～1565nm。

所述多模传感光纤为采用直径为62.5μm的高导热型传感多模光纤。直径为62.5μm的高导热型传感多模光纤，可以更快速地反应光纤所在场所的温度场。

所述光电转换器为雪崩二极管，其响应带宽为150MHz，其响应波长范围为900nm～1700nm。

所述信号处理单元包括用于采集所述光电转换器传输而来的电压信号的高速ADC采集卡、以及将所述高速ADC采集卡传送而来的电压信号进行采样及数据处理的FPGA。

所述雪崩二极管为铟镓砷雪崩二极管，所述雪崩二极管响应的波长范围为900nm～1700nm，其响应带宽为150MHz雪崩二极管的波长范围以及响应带宽的设定，可集成了信号调理和放大电路。

与现有技术对比，本实用新型的优点在于：本装置可以实时监测电缆隧道温度，能够在故障隐患发生前做出预报，使维护人员能够实时了解电缆隧道状况，对可能出现的故障进行及时的处理。

附图说明

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图中附图标记含义：1、脉冲激光器；2、波分复用器；3、多模传感光纤；4、光电转换器；5、信号处理单元；6、后台客户端。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的内容做进一步详细说明。

实施例

参阅图1，为一种基于分布式光纤测温的电缆隧道温度监测系统，包括脉冲激光器1、波分复用器2、多模传感光纤3、光电转换器4、用于控制脉冲激光器1发出脉冲激光的信号处理单元5、以及后台客户端6；脉冲激光器1分别与信号处理单元5、波分复用器2连接；波分复用器2分别与多模传感光纤3、光电转换器4连接；光电转换器4与信号处理单元5连接，信号处理单元5与后台客户端6连接；脉冲激光器1产生的脉冲激光经过波分复用器2后进入多模传感光纤3内并在多模传感光纤3中发生散射，并向后散射拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光；拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光返回波分复用器2后进入光电转换器4并进入光电转换器4转换为电压信号；电压信号传递至信号处理单元5进行累加平均、降噪处理及解调信号后，得出光纤沿线温度分布曲线后将该曲线数据传输至后台客户端6。

脉冲激光器1所发出脉冲激光，其中心波长为1550nm，峰值功率可调范围为20W～30W，脉冲宽度可调范围为10ns～1000ns，脉冲重复频率可调范围为10Hz～100kHz可调。中心波长为1550nm的脉冲激光在光纤中的损耗最小，因此能够在光纤中长距离传输，得以光纤测温的长度得到提升。

波分复用器2具有三个带通滤光片，三个带通滤光片分别为：可通过中心波长为1450nm的拉曼反斯托克斯散射光的第一带通滤光片、可通过中心波长为1660nm的拉曼斯托克斯散射光的第二带通滤光片、以及可通过中心波长为1550nm的入射脉冲激光的第三带通滤光片。三种带通滤光片的通过中心波长的波段相差较大，便于播放复用器将不同波段的光提取出来。

第一带通滤光片的通光范围为1445nm～1475nm；第二带通滤光片的通光范围为1645nm～1680nm；第三带通滤光片的通光范围为1535nm～1565nm。

多模传感光纤3为采用直径为62.5μm的高导热型传感多模光纤。直径为62.5μm的高导热型传感多模光纤，可以更快速地反应光纤所在场所的温度场。

光电转换器4为雪崩二极管，其响应带宽为150MHz，其响应波长范围为900nm～1700nm。

信号处理单元5包括用于采集光电转换器4传输而来的电压信号的高速ADC采集卡、以及将高速ADC采集卡传送而来的电压信号进行采样及数据处理的FPGA。

雪崩二极管为铟镓砷雪崩二极管，雪崩二极管响应的波长范围为900nm～1700nm，其响应带宽为150MHz雪崩二极管的波长范围以及响应带宽的设定，可集成了信号调理和放大电路。

本实施例技术方案的具体工作流程为：

信号处理单元5控制脉冲激光器1以1kHz的重复频率发出10ns脉冲激光，该脉冲激光从波分复用器2的1550nm端口入射，并从波分复用器2的COM端口出射进入多模传感光纤3；

该脉冲激光在多模传感光纤3传播的过程中会与光纤材料分子发生散射作用，并背向散射拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光；

该拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光都从波分复用器2的COM端口入射，拉曼反斯托克斯散射光从波分复用器2的1450nm端口出射进入光电转换器4；拉曼斯托克斯散射光从波分复用器2的1660nm端口出射进入光电转换器4；

光电转换器4分别将从波分复用器2接收的拉曼反斯托克斯光和拉曼斯托克斯光转换为电压信号，并把该电压信号通过放大电路放大传送到信号处理单元5；

信号处理单元5的高速ADC采集卡以100MHz的采样频率采集光电转换器4传输的电压信号，并将采样信息传送给FPGA处理；FPGA对采样信号进行累加平均和降噪处理，解调信号，得出光纤沿线温度分布曲线；

信号处理单元5将解调出来的温度信息传输给后台客户端6，后台客户端6用于显示温度信息。

温度解调依据公式如下：

其中，T0是初始标定绝对温度；h是普朗克常量；Δv为拉曼散射光的频移量；k为玻尔兹曼常数；T为待测绝对温度；Ia、Is分别是测量得到的拉曼反斯托克斯散射光强度和拉曼斯托克斯散射光强度；

根据上述拉曼反斯托克斯散射光和拉曼斯托克斯散射光与温度的对应关系，即可获取多模传感光纤3上各监测点的温度值。

本实施例涉及的名词：

FPGA，为(Field－Programmable Gate Array)的简称，即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。

ADC，Analog-to-Digital Converter的缩写，指模/数转换器或者模数转换器，是指将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的器件。

上列详细说明是针对本实用新型可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本实用新型的专利范围，凡未脱离本实用新型所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。