Hoe meet je de kabeltemperatuur??-INNO

The distributed fiber optic temperature measurement system measures the intensity ratio of anti Stokes light and Stokes light through the Raman scattering effect of laser pulses in the fiber optic cable, thereby determining the temperature at each point of the cable.

1、 Het principe van distributed fiber optic cable temperature measurement

Distributed fiber optic cable temperature measurement is based on spontaneous Raman scattering effect and optical time domain reflectometry (OTDR) technologie.
Raman scattering effect: When a high-power narrow pulse laser LD is incident on a sensing fiber, the interaction between the laser and fiber molecules produces extremely weak backscattered light, which includes three wavelengths: Rayleigh, anti Stokes, and Stokes light. Onder hen, anti Stokes light is temperature sensitive and can be used as signal light; Stokes-licht is ongevoelig voor temperatuur en kan als referentielicht worden gebruikt. De thermische trillingen van vezelmoleculen genereren Raman-verstrooiing, resulterend in de vorming van Stokes-licht en anti-Stokes-licht. De intensiteit van het anti-Stokes lichtsignaal is temperatuurafhankelijk, en de temperatuur van elk punt in de optische golfgeleider kan worden bepaald door de verhouding van het anti-Stokes-lichtsignaal tot de Stokes-lichtsignaalintensiteit. Bijvoorbeeld, wanneer de temperatuur van een kabel op een bepaald punt stijgt, de intensiteit van het anti-Stokes-licht op dat punt zal dienovereenkomstig veranderen. Door te vergelijken en te rekenen met de intensiteit van Stokes-licht, de temperatuurwaarde kan worden verkregen. Deze methode voor het meten van de temperatuur met behulp van het Raman-verstrooiingseffect heeft het kenmerk van een hoge nauwkeurigheid en kan voldoen aan de behoeften van kabeltemperatuurbewaking.
OTDR-technologie: De positiebepaling is gebaseerd op OTDR-technologie. Wanneer licht wordt doorgelaten in optische vezels, verstrooiing treedt op als gevolg van de microscopische niet-uniformiteit van de brekingsindex in de vezels. Door gebruik te maken van snelle data-acquisitie om de echotijd van verspreide signalen te meten, de positie van de vezel die overeenkomt met het verstrooide signaal kan worden bepaald. Omdat de transmissiesnelheid van licht in optische vezels vast is, door de tijd te meten vanaf het uitzenden tot het ontvangen van lichtpulsen, de locatie waar verstrooiing optreedt, kan nauwkeurig worden berekend, waardoor de positionering van temperatuurmeetpunten langs de optische vezel wordt bereikt. Bijvoorbeeld, als er op een bepaalde locatie op a. een temperatuurafwijking optreedt 10 kilometer lange glasvezelkabel, OTDR-technologie kan de specifieke coördinaten van die locatie op de glasvezelkabel nauwkeurig lokaliseren. Deze technologie maakt het mogelijk gedistribueerde glasvezel temperatuurmeetsystemen om niet alleen de temperatuur te meten, maar lokaliseer ook nauwkeurig de locatie van temperatuurafwijkingen, wat cruciaal is voor het monitoren van de kabeltemperatuur, omdat het lokale hotspots op de kabel tijdig kan detecteren, waardoor het gemakkelijker wordt om overeenkomstige maatregelen te nemen.

Gedistribueerde glasvezelmonitoring

2、 Methode voor gedistribueerde glasvezelmeting van kabeltemperatuur

Glasvezel leggen: Ten eerste, de glasvezelkabel moet rond of in de kabel worden gelegd. Als de kabel een meerlaagse structuur heeft, zoals een geleiderlaag, isolatie laag, bufferlaag, waterdichte laag, en buitenmantel gerangschikt in volgorde van binnen naar buiten, er moet rekening worden gehouden met de impact van de vezellegpositie op de nauwkeurigheid van de temperatuurmeting. Over het algemeen gesproken, hoe dichter de optische vezel zich bij een mogelijke warmtebron bevindt (zoals een geleiderlaag), hoe gevoeliger het is voor temperatuurveranderingen. Echter, het is ook noodzakelijk om beschadiging van de optische vezel door fysieke factoren tijdens kabelwerking te voorkomen (zoals het buigen van kabels, strekken, enz.). In enkele praktische toepassingen, zoals in kabeltunnels, optische vezels kunnen langs kabelgoten of parallel aan kabels in kabelgleuven worden gelegd om ervoor te zorgen dat de optische vezels volledig in contact kunnen komen met het temperatuurveld rond de kabels.
Signaalacquisitie en -verwerking: Hoogvermogen laserpulsen met smalle puls LD vallen op de detectievezel, terugverstrooid licht genereren. Het anti-Stokes- en Stokes-licht gaat door de splittermodule WF, het isoleren van het Rayleigh-verstrooide licht, en worden door dezelfde detector ontvangen (APD). Verkrijg temperatuurinformatie door de verhouding van deze twee lichtintensiteiten te meten en te berekenen. Dit proces vereist uiterst nauwkeurige detectieapparatuur en signaalverwerkingsalgoritmen om zwakke verstrooide lichtsignalen nauwkeurig te onderscheiden en te verwerken. Op het gebied van dataverzameling, het is noodzakelijk om ervoor te zorgen dat de frequentie en nauwkeurigheid van de gegevensverzameling voldoen aan de eisen van kabeltemperatuurbewaking. Bijvoorbeeld, in kabelomgevingen met snelle temperatuurveranderingen, een hogere verzamelfrequentie is nodig om de dynamische temperatuurveranderingen tijdig vast te leggen.
Temperatuurberekening en positionering: Gebaseerd op de verhouding tussen de ontvangen anti-Stokes- en Stokes-lichtintensiteiten, gebruik een vooraf bepaald wiskundig model om de temperatuurwaarde te berekenen. Tegelijkertijd, de optische tijddomeinreflectometrie (OTDR) technologie wordt gebruikt om de positie van het temperatuurmeetpunt op de optische vezel te bepalen, waardoor een één-op-één overeenkomst tussen temperatuur en positie wordt bereikt. Bij het berekenen van de temperatuur, het is noodzakelijk om rekening te houden met de optische eigenschappen van optische vezels, parameters van laserpulsen, en omgevingsfactoren die de meetresultaten beïnvloeden. Bijvoorbeeld, verliezen in optische vezels, vermogensschommelingen in laserpulsen, en andere factoren kunnen allemaal de nauwkeurigheid van de lichtintensiteitsverhouding beïnvloeden, waardoor de nauwkeurigheid van temperatuurberekeningen wordt beïnvloed. Qua positionering, het is noodzakelijk om de nauwkeurigheid van de positionering te garanderen, zodat de overeenkomstige positie nauwkeurig kan worden gevonden wanneer de kabel temperatuurafwijkingen ervaart.

3、 Instrument en apparatuur voor het gedistribueerd meten van de kabeltemperatuur via optische vezels

Gedistribueerde host voor temperatuurmeting via glasvezel:
Dit is de kernuitrusting van het gedistribueerde glasvezeltemperatuurmeetsysteem. Het kan krachtige laserpulsen met smalle puls genereren en deze in detectievezels koppelen. Bijvoorbeeld, de DTS8000-metingshost kan gebruik maken van snelle halfgeleiderlaserpulsen met smalle puls, gekoppeld aan detectievezels. Door te filteren, detecteren, en snelle data-acquisitie en analyse van zwakke terugverstrooiingssignalen in de vezel, het kan temperatuurgevoelige anti-Stokes-signalen en temperatuur-ongevoelige Stokes-signalen verkrijgen, waardoor nauwkeurige temperatuurinformatie wordt verkregen die in realtime langs de vezel wordt verspreid.
Het heeft gediversifieerde functies zoals signaalverwerking, signaal analyse, waarschuwing voor hoge temperaturen, en datatransmissie. Het is mogelijk om de verzamelde optische signalen te verwerken en te analyseren, bereken de temperatuurwaarde op basis van vooraf ingestelde algoritmen, en bepaal of er temperatuurafwijkingen zijn. Zodra een abnormale situatie wordt gedetecteerd, de relaisuitgang kan snel de externe geluids- en lichtalarmapparatuur en andere verbindingsapparaten aansturen om een tijdige en effectieve afhandeling van de abnormale situatie te garanderen.
Verschillende modellen van hosts voor temperatuurmeting hebben verschillen in meetafstand, meetnauwkeurigheid, meettijd, aantal kanalen, en andere aspecten. Bijvoorbeeld, sommige hosts kunnen afstanden tot 30 km of zelfs langer meten, met een meetnauwkeurigheid van ± 1 ℃, een meettijd van ongeveer 3-15s, En 1-8 meetkanalen.
Thermische glasvezelkabel:
Het is zowel een drager voor signaaloverdracht als een temperatuursensorelement. De kenmerken ervan hebben een directe invloed op de nauwkeurigheid en betrouwbaarheid van temperatuurmetingen. Bijvoorbeeld, temperatuurgevoelige optische kabels met mijnpantser, vlamvertragend, en centrale bundelbuis hebben een goede druksterkte (korte termijn 3000, lange termijn 1500) en treksterkte, geschikt voor kabeltemperatuurbewaking in speciale omgevingen zoals kolenmijnen.
Verschillende soorten optische vezels (zoals single-mode en multi-mode) kan worden gebruikt voor verschillende meetscenario's. Single-mode glasvezel is geschikt voor temperatuurmetingen over grote afstanden en met hoge precisie; Multimode glasvezel heeft voordelen in sommige korteafstands- en kostengevoelige toepassingsscenario's.
De lengte van de temperatuurgevoelige optische kabel wordt bepaald op basis van de meetvereisten, en kan enkele kilometers of zelfs tientallen kilometers lang zijn, waardoor continue temperatuurbewaking van langere kabellijnen mogelijk is.
Andere ondersteunende apparatuur:
Spectrale module WF: gebruikt om Rayleigh-verstrooid licht te isoleren, zodat temperatuurgevoelig anti-Stokes-signaallicht en temperatuurongevoelig Stokes-referentielicht door dezelfde detector kunnen worden ontvangen (APD), het leveren van nauwkeurige lichtintensiteitssignalen voor daaropvolgende temperatuurberekeningen.
Detector (APD): verantwoordelijk voor het ontvangen van anti-Stokes-signaallicht en Stokes-referentielicht verwerkt door de splitsmodule, het omzetten van het optische signaal in een elektrisch signaal voor daaropvolgende signaalverwerking en temperatuurberekening.

4、 Praktisch geval van gedistribueerde temperatuurmeting van glasvezelkabels

Toepassing bij branddetectie van kabeltunnels:
Er zijn een groot aantal kabeltunnels op plaatsen zoals elektriciteitscentrales en staalfabrieken, die gevoelig zijn voor brand als gevolg van kabelverwarming en storingen. De gedistribueerde glasvezeltemperatuurmeettechnologie is gebaseerd op de principes van optische tijddomeinreflectometrie (OTDR) en achterwaartse Raman-verstrooiing van optische vezels, die nauwkeurig kan, tijdig, en monitor continu de temperatuur in kabeltunnels. Bijvoorbeeld, door de detectievezel in een kabeltunnel te leggen, de glasvezelhost zendt een laserstraal uit in de detectieglasvezelkabel en verzamelt real-time Raman-verstrooiingslicht met ter plaatse realtime temperatuurinformatie die langs de glasvezelkabel wordt teruggestrooid. Deze lichtsignalen worden geanalyseerd en verwerkt om informatie over de temperatuurverdeling over de gehele glasvezelkabel te verkrijgen. Wanneer de temperatuur de vooraf ingestelde alarmwaarde overschrijdt, de glasvezelhost zendt een brandalarmgeluid en lichtindicatie uit, en kan alarminformatie naar de brandalarmcontroller sturen.
De samenstelling van het gedistribueerde glasvezeltemperatuurmeetsysteem omvat het detecteren van ter plaatse gelegde optische kabels, waarvan de functie het verkrijgen van de temperatuur van de ter plaatse aanwezige kabelgoot en de omgevingstemperatuur is; Elke gedistribueerde host voor temperatuurmeting via glasvezel wordt geïnstalleerd in de bewakingsruimte, kabelgoot of tunnel volgens het nabijheidsprincipe (indien direct ter plaatse geïnstalleerd, Er moet apparatuur voor buitengebruik met een beschermingsniveau van IP66 worden geselecteerd), verantwoordelijk voor het in realtime verzamelen en berekenen van de temperatuur gemeten door de detecterende glasvezelkabel; De monitoringserver verzamelt temperatuurgegevens van meerdere hosts voor temperatuurmetingen, winkels, displays, beheert, analyseert, export, en drukt de gegevens af door software voor temperatuurbewaking uit te voeren. Het kan ook het Modbus-protocol gebruiken om verbinding te maken met de brandalarmcontroller en alarmsignalen rechtstreeks naar de brandalarmcontroller te sturen, koppeling realiseren.
Toepassing bij het opbouwen van communicatiekracht:
De gedistribueerde glasvezel temperatuurbewakingssysteem wordt gebruikt voor temperatuurbewaking in de computerruimte van het communicatiestroomgebouw, inclusief temperatuurbewaking van kasten, brug kabels, en ondergrondse tunnelkabels. Het systeem bevat een lokale client, glasvezel temperatuurmeting gastheer, temperatuurgevoelige optische kabel, en temperatuurmeetsoftware. Door temperatuur te meten via optische kabels met temperatuursensor, de host voor glasvezeltemperatuurmeting verzamelt en verwerkt gegevens, verzendt temperatuurinformatie naar lokale klanten en temperatuurmeetsoftware, realiseert real-time temperatuurmonitoring, trendanalyse, en waarschuwing en alarm op afstand, zorgen voor een veilige en stabiele communicatie. Bijvoorbeeld, wanneer de temperatuur van de kabelgoot in de computerruimte door hoge belasting abnormaal stijgt, de gedistribueerd glasvezeltemperatuurbewakingssysteem kan de temperatuurverandering tijdig detecteren, analyseer het via software om te bepalen of het de alarmdrempel heeft bereikt, en als dat zo is, geef een alarmsignaal af om relevant personeel op de hoogte te stellen voor inspectie en behandeling, waardoor communicatiestoringen of veiligheidsongevallen zoals brand veroorzaakt door hoge kabeltemperaturen worden vermeden.

5、 Voorzorgsmaatregelen voor het meten van de temperatuur van gedistribueerde glasvezelkabels

Regarding fiber optic laying and installation:
The laying path of optical fibers should be planned reasonably to avoid being affected by external mechanical stress. If the optical fiber is excessively bent, stretched, or compressed during the laying process, it may increase fiber loss, affect the transmission of optical signals, and thus reduce the accuracy of temperature measurement. Bijvoorbeeld, when laying optical fibers in cable trenches, attention should be paid to the compression of the fibers by other equipment or debris in the trench to ensure that there is sufficient space for the fibers.
The coupling method between optical fibers and cables is also important. If the coupling is improper, it may not be possible to accurately sense the temperature changes of the cable. When installing optical fibers on cables, appropriate coupling methods should be selected based on the type, structuur, and working environment of the cable, such as tying, pasting, or fixing with specialized fixtures, to ensure that the optical fibers are in close contact with the cable and can effectively conduct heat.
For long-distance fiber optic installation, the issue of fiber optic splicing should be considered. Fiber optic splice points may introduce losses and reflections, affecting temperature measurement. Daarom, high-quality splicing equipment and processes should be used during fiber optic splicing to ensure minimal loss at the splicing point.
In terms of calibration and maintenance of measurement systems:
Regelmatige kalibratie van gedistribueerde glasvezeltemperatuurmeetsystemen is de sleutel tot het garanderen van de meetnauwkeurigheid. Vanwege de potentiële impact van de omgevingstemperatuur, vochtigheid, veroudering van vezels, en andere factoren die van invloed zijn op de meetnauwkeurigheid van het systeem, het is noodzakelijk om het systeem regelmatig te kalibreren met behulp van een standaard temperatuurbron. Bijvoorbeeld, de meetresultaten van het systeem kunnen worden vergeleken en aangepast in een omgeving met constante temperatuur en een bekende temperatuur om ervoor te zorgen dat de meetfout binnen het toegestane bereik ligt.
Er moet regelmatig onderhoud worden uitgevoerd aan de hosts voor temperatuurmeting, detectoren, en andere apparatuur. Controleer de bedrijfsstatus van de apparatuur, maak het oppervlak van de apparatuur schoon, en stof voorkomen, waterdamp, enz. niet in de binnenkant van de apparatuur terechtkomen en de prestaties ervan beïnvloeden. Voor APD-detectoren, hun gevoeligheid en reactiesnelheid moeten regelmatig worden gecontroleerd om een nauwkeurige ontvangst en conversie van optische signalen te garanderen.
Er moeten ook regelmatig inspecties worden uitgevoerd op optische kabels met temperatuurdetectie om te controleren op eventuele schade, breuk, of corrosie. Als er schade aan de optische kabel wordt geconstateerd, het moet tijdig worden gerepareerd of vervangen om de continuïteit en nauwkeurigheid van de temperatuurmeting te garanderen.
Wat betreft de impact van omgevingsfactoren:
Veranderingen in de omgevingstemperatuur en vochtigheid kunnen de optische eigenschappen van optische vezels en de prestaties van apparatuur beïnvloeden. Bijvoorbeeld, in omgevingen met hoge temperaturen en hoge luchtvochtigheid, het verlies aan optische vezels kan toenemen, en elektronische componenten in de apparatuur kunnen prestatieverslechtering of storing ervaren. Daarom, bij gebruik van een gedistribueerd glasvezeltemperatuurmeetsysteem in deze omgeving, overeenkomstige beschermende maatregelen moeten worden genomen, zoals afdichting, vochtbestendig, en warmteafvoerbehandeling van de apparatuur.
Als er sprake is van sterke elektromagnetische interferentie in de meetomgeving, hoewel optische vezels zelf de eigenschap hebben elektromagnetische interferentie te weerstaan, elektronische apparaten in het systeem (zoals gastheren voor temperatuurmeting) kan worden beïnvloed. In dit geval, Op elektronische apparaten moet elektromagnetische afscherming worden aangebracht om ervoor te zorgen dat het systeem goed kan functioneren. Tegelijkertijd, het is ook noodzakelijk om te vermijden dat optische vezels in de buurt van sterke elektromagnetische stralingsbronnen worden gelegd om interferentie met de optische signalen in de vezels te voorkomen.