溫度傳感器的應用分析

任早早　曾翰雅

摘要：光纖傳感器技術在20世紀70年代以來得到了迅速的發展，其本身具有耐腐蝕、高靈敏度以及體積小、機構簡單、可彎曲等諸多優點。文章結合DTS分布式光纖傳感器系統的原理等，在對分布式光纖溫度傳感器分析的基礎上，對其測溫系統在電力系統各設備溫度安監中的應用進行了探討。

關鍵詞：DTS；光纖傳感器；溫度傳感器；測溫系統；電力系統；設備溫度 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP212 文章編號：1009-2374（2015）16-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.026

在當前科技的發展中，溫度逐漸成為了工程應用領域絕對重要的監測對象，為得到準確檢測范圍跨度的溫度信息，采用這種光纖溫度傳感器具有極大的優勢，在數據采集的過程中不會發生溫度傳感器的單規點移動，使數據具有延時性，從而降低了溫度測量數據的準確度，此系統適用于電力、化工、冶金等多個領域對實時溫度的測量和監控，擁有廣泛研究前景。

1 DES分布式光纖傳感器測溫原理

綜合看來，此系統在溫度信號載體方面主要采用了拉曼分布式光纖溫度傳感器這一形式，利用光纖中的自發拉曼散射溫度效應原理實現了實際測溫，具體說來，其經過運用OTDR技術的分布式光纖傳感器技術，能動態測量和分析相應跨度的分布式溫度，究其測溫機理而言，其利用了后向拉曼散射光譜的溫度響應效應，也就是當其雪崩二極管（APD）探測時，一旦接觸到較微弱的Anti-Stokes反斯托克斯光散射信號，系統會對應地自動輸出幅值為幾十納伏的信號電壓。除此之外，加之光信號在耦合、濾波等環節中均會形成光能量的損失，隨即出現了溫度信息被淹沒或面臨噪聲的不利工況。基于此現狀，該系統運用了微弱信號放大過濾處理技術對其存在的噪聲等干擾信號進行了處理，使得采集、傳輸Anti-Stokes反斯托克斯、Stokes斯托克斯光波信號中所造成的信號測量誤差得到了消除，并結合對設置定標區技術方法的應用，將上述兩種光波信號中的干擾分量進行了消除，使得APD探測器響應度差異等，會一定程度上使影響到溫度信號測量結果大幅降低，在此基礎上，獲得了較為準確的溫度信號，其涉及到的溫度信號測量公式如下：

式中：c表示光波光速，也就是傳輸過程中的偏移量；h表示普朗克系數；波爾茲曼系數則用k表示；DTS系統采集到的絕對溫度值則用T表示。

綜合以往相關的文獻資料可看出，對于分布式光纖傳感器的DTS測溫系統而言，其測量精度也可以達到0.5℃范圍內，而對應的測量距離最長可以達到30km，最高的溫度信號空間定位精度可精確到0.25m范圍內，而相應的分辨率最高也能達到0.01℃范圍內的水平，這些數據都顯示出了此系統即使在惡劣環境中，同樣能使溫度信號的檢測和控制精度得到較大的提高。

2 DTS分布式光纖傳感器系統簡介

在新時期的發展過程中，作為一款結構復雜的溫度在線檢測控制產品，DTS分布式光纖傳感器系統適用于干擾對象較多、環境惡劣以及檢測范圍跨度大的工農業領域，能實現對其溫度的實時準確檢測和控制。綜合來看，其由光路模塊、高級應用軟件、控制光纖、輔助的外圍集成電路模塊等組成。

在系統運行的過程中，通過電路模塊的控制信號，然后借助對電路驅動半導體激光器的驅動，致使二者發生高速脈沖，在耦合的情況下，生成需要的光纖信號，在接下來的分光光路的轉換中，促使其進入到傳感光纖中，后續運用中，經探測器、高速采集電路等，使得相應的監測對象溫度信號的采集任務得以完成，而半導體激光器產生的激光脈沖，會借助分光耦合特性發生背向散射光，具體細分，有Stokes（斯托克斯）光、Rayleigh（瑞利）光及Anti-Stokes（反斯托克斯）光，其中第一種光對溫度信號不敏感，可將其作為參考光；第三種光具有溫度敏感性，為溫度信號光，在此過程中，經過分光光路、光濾波器濾波后，分光光路、光濾波器濾波后將第一種光和第三種光波有效分離，然后經APD探測器接收，由高速數據采集模塊進行自動采集，進而實現向客戶PC機的上傳，歷經這一過程，結合系統溫度信號及溫度分布曲線等的顯示，完成了整個過程的檢測控制。

3 分布式光纖傳感器在工程中的實際應用分析

從當前的應用及發展現狀來看，DTS測溫系統在眾多領域，尤其是特殊惡劣環境過程控制中都有重要作用，在未來社會發展中具有廣闊的應用前景。本文結合電力行業中的溫度測控方面，對DTS系統在其中的應用進行了分析。具體說來，作為一個復雜的，電、熱、磁等共同存在的環境，電力系統中有較多的電壓電氣設備基于安全穩定以及經濟節能等方面的考慮，大多都需要用到動態監測溫度信號。在電力系統中的應用方面，分布式光纖傳感器一般是結合不同的電氣設備溫度信號監測技術手段，實現了對光纖光柵測溫儀和光纖溫度測溫儀的整合，在此種方式的基礎上，對測溫控制系統進行了完善，其涉及的邏輯組成結構圖如圖1所示：

如圖1，在供配電系統中，基于電纜分布較為分散的現狀，一般情況下有很多的點需要進行溫度檢測，所以現場工程機1選用的測溫儀為本次研究中的分布式光纖傳感器測溫儀，結合實際運用的需要，筆者集中設置了變壓器、開關等一次設備，另外，在現場工程機2的測溫儀選用方面，選用的是系統中光纖光柵傳感器的測溫儀，通過此形式，讓光纖溫度傳感器測溫系統更加實用，并使其涉及到的技術經濟效益得到了提高，優化了對其的實用。

結合本次實際應用及后續分析看來，本文的研究有效結合了光纖光柵溫度傳感器和分布式光纖溫度傳感器，在資源及技術整合的前提下，其對電力系統中的溫度監測方面具有舉足輕重的作用，借助其良好的屏蔽性能，對電力系統中強大的溫度場和電能場干擾進行了有效避免，并在使用的過程中表現出耐輻射、耐高壓等諸多優點，在電力系統測溫系統運行經濟可靠性的有效提高方面發揮著重要作用。

4 結語

綜上所述，在新時期的眾多領域，DTS分布式光纖傳感器都有著良好的應用前景，本文結合其在電力系統中安全監測方面的應用，對其進行了積極探討，實現了對發電廠、變電站等主要電氣設備溫度的實時監控，這種運作模式的發展過程中，為全廠（站）的安全監測控制在溫度信號方面做出了有力支撐，對于存在的安全隱患等，運行人員能及時發現并實施針對性措施，有效地確保了整個電力生產安全穩定以及節能高效的發展，對于我國電力系統的高效經濟運行具有十分重要的現實

意義。

參考文獻

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[3] 吳楠.光纖溫度傳感器工作原理及實際應用分析[J].企業技術開發，2011，（20）.

（責任編輯：秦遜玉）