Jak zmierzyć temperaturę kabla?-INNO (Nie)

Rozproszony system pomiaru temperatury światłowodu mierzy stosunek intensywności światła anty-Stokesa i światła Stokesa poprzez efekt rozpraszania Ramana impulsów laserowych w kablu światłowodowym, określając w ten sposób temperaturę w każdym punkcie kabla.

1、 Zasada rozproszony pomiar temperatury kabla światłowodowego

Rozproszony pomiar temperatury kabla światłowodowego opiera się na spontanicznym efekcie rozpraszania Ramana i optycznej reflektometrii w dziedzinie czasu (OTDR) Technologia.
Efekt rozpraszania Ramana: Kiedy wąski laser impulsowy LD o dużej mocy pada na włókno czujnikowe, interakcja między cząsteczkami lasera i włókna wytwarza wyjątkowo słabe światło rozproszone wstecznie, który obejmuje trzy długości fal: Rayleigha, anty Stokesa, i światło Stokesa. Wśród nich, Światło anty Stokesa jest wrażliwe na temperaturę i może być używane jako światło sygnalizacyjne; Światło Stokesa jest niewrażliwe na temperaturę i może być używane jako światło referencyjne. Drgania termiczne cząsteczek włókien generują rozpraszanie Ramana, w wyniku czego powstaje światło Stokesa i światło przeciw Stokesowi. Intensywność sygnału świetlnego antystokesowskiego zależy od temperatury, a temperaturę dowolnego punktu światłowodu można określić poprzez stosunek sygnału świetlnego anty-Stokesa do intensywności sygnału świetlnego Stokesa. Na przykład, gdy temperatura kabla wzrasta w pewnym punkcie, intensywność światła antystokesowskiego w tym punkcie odpowiednio się zmieni. Porównując i obliczając intensywność światła Stokesa, można uzyskać wartość temperatury. Ta metoda pomiaru temperatury wykorzystująca efekt rozproszenia Ramana charakteryzuje się dużą dokładnością i może zaspokoić potrzeby monitorowania temperatury kabli.
Technologia OTDR: Określanie pozycji odbywa się w oparciu o technologię OTDR. Gdy światło jest przesyłane w światłowodach, rozpraszanie następuje z powodu mikroskopijnej niejednorodności współczynnika załamania światła we włóknach. Wykorzystując szybką akwizycję danych do pomiaru czasu echa rozproszonych sygnałów, można określić położenie światłowodu odpowiadające rozproszonemu sygnałowi. Ponieważ prędkość transmisji światła w światłowodach jest stała, poprzez pomiar czasu od emisji do odbioru impulsów świetlnych, można dokładnie obliczyć lokalizację, w której występuje rozpraszanie, uzyskując w ten sposób położenie punktów pomiaru temperatury wzdłuż światłowodu. Na przykład, jeżeli w określonym miejscu na mapie wystąpi anomalia temperaturowa 10 kilometrowy kabel światłowodowy, Technologia OTDR może dokładnie zlokalizować określone współrzędne tego miejsca na kablu światłowodowym. Technologia ta umożliwia rozproszony światłowód systemy pomiaru temperatury nie tylko do pomiaru temperatury, ale także dokładnie zlokalizować lokalizację anomalii temperaturowych, co ma kluczowe znaczenie dla monitorowania temperatury kabla, ponieważ pozwala na szybkie wykrycie lokalnych punktów zapalnych na kablu, co ułatwi podjęcie odpowiednich działań.

Rozproszony monitoring światłowodowy

2、 Metoda rozproszonego światłowodowego pomiaru temperatury kabla

Układanie światłowodów: Po pierwsze, kabel światłowodowy należy ułożyć wokół lub wewnątrz kabla. Jeśli kabel ma strukturę wielowarstwową, jak warstwa przewodząca, warstwę izolacyjną, warstwa buforowa, warstwa wodoodporna, i osłona zewnętrzna ułożona sekwencyjnie od wewnątrz na zewnątrz, należy wziąć pod uwagę wpływ miejsca ułożenia włókien na dokładność pomiaru temperatury. Ogólnie mówiąc, im bliżej możliwego źródła ciepła znajduje się światłowód (jak warstwa przewodząca), tym bardziej jest wrażliwy na zmiany temperatury. Jednak, należy także unikać uszkodzeń światłowodu przez czynniki fizyczne podczas eksploatacji kabla (jak zginanie kabla, sięgnięcie, itd.). W niektórych praktycznych zastosowaniach, jak w tunelach kablowych, włókna światłowodowe można układać wzdłuż korytek kablowych lub równolegle do kabli w rowach kablowych, aby zapewnić pełny kontakt włókien światłowodowych z polem temperaturowym wokół kabli.
Akwizycja i przetwarzanie sygnału: Impulsy lasera wąskiego impulsu o dużej mocy LD padają na włókno czujnikowe, generując światło rozproszone wstecznie. Światło przeciw Stokesowi i Stokesowi przechodzi przez moduł rozdzielacza WF, izolowanie rozproszonego światła Rayleigha, i są odbierane przez ten sam detektor (APD). Uzyskaj informacje o temperaturze, mierząc i obliczając stosunek tych dwóch intensywności światła. Proces ten wymaga precyzyjnego sprzętu detekcyjnego i algorytmów przetwarzania sygnału, aby dokładnie rozróżniać i przetwarzać słabe sygnały światła rozproszonego. Jeśli chodzi o gromadzenie danych, należy zadbać o to, aby częstotliwość i dokładność zbierania danych spełniały wymagania dotyczące monitorowania temperatury kabli. Na przykład, w środowisku kablowym z szybkimi zmianami temperatury, Aby w odpowiednim czasie uchwycić dynamiczne zmiany temperatury, wymagana jest większa częstotliwość zbierania danych.
Obliczanie i pozycjonowanie temperatury: Na podstawie stosunku otrzymanych intensywności światła anty-Stokesa i Stokesa, użyj wcześniej ustalonego modelu matematycznego do obliczenia wartości temperatury. W tym samym czasie, reflektometrii optycznej w dziedzinie czasu (OTDR) technologia służy do określenia położenia punktu pomiaru temperatury na światłowodzie, uzyskując w ten sposób zgodność jeden do jednego między temperaturą i pozycją. Przy obliczaniu temperatury, konieczne jest uwzględnienie właściwości optycznych włókien optycznych, parametry impulsów laserowych, oraz czynniki środowiskowe mające wpływ na wyniki pomiarów. Na przykład, straty w światłowodach, wahania mocy impulsów laserowych, i inne czynniki mogą mieć wpływ na dokładność stosunku natężenia światła, wpływając w ten sposób na dokładność obliczeń temperatury. Jeśli chodzi o pozycjonowanie, konieczne jest zapewnienie dokładności pozycjonowania, aby można było dokładnie znaleźć odpowiednią pozycję w przypadku wystąpienia nieprawidłowości temperaturowych w kablu.

3、 Przyrząd i sprzęt do rozproszonego światłowodowego pomiaru temperatury kabla

Rozproszony światłowodowy host do pomiaru temperatury:
Jest to podstawowe wyposażenie rozproszonego światłowodowego systemu pomiaru temperatury. Może generować impulsy lasera o wąskim impulsie o dużej mocy i łączyć je w włókna czujnikowe. Na przykład, host pomiarowy DTS8000 może wykorzystywać szybkie impulsy półprzewodnikowego lasera o wąskim impulsie sprzężone ze światłowodami czujnikowymi. Filtrując, wykrywanie, oraz szybkie gromadzenie danych i analiza słabych sygnałów rozpraszania wstecznego w światłowodzie, może uzyskiwać wrażliwe na temperaturę sygnały Stokesa i niewrażliwe na temperaturę sygnały Stokesa, uzyskując w ten sposób dokładne informacje o temperaturze rozprowadzanej wzdłuż światłowodu w czasie rzeczywistym.
Ma zróżnicowane funkcje, takie jak przetwarzanie sygnału, analiza sygnału, ostrzeżenie o wysokiej temperaturze, i transmisji danych. Istnieje możliwość przetwarzania i analizy zebranych sygnałów optycznych, obliczyć wartość temperatury na podstawie zadanych algorytmów, i określić, czy występują anomalie temperaturowe. Po wykryciu nietypowej sytuacji, wyjście przekaźnikowe może szybko sterować zewnętrznym sprzętem alarmowym dźwiękowym i świetlnym oraz innymi urządzeniami łączącymi, aby zapewnić terminowe i skuteczne radzenie sobie z nienormalną sytuacją.
Różne modele hostów do pomiaru temperatury mają różnice w odległości pomiaru, Dokładność pomiaru, czas pomiaru, liczba kanałów, i inne aspekty. Na przykład, niektórzy gospodarze mogą mierzyć odległości do 30 km lub nawet większe, z dokładnością pomiaru ± 1 °C, czas pomiaru około 3-15s, i 1-8 kanały pomiarowe.
Termiczny kabel światłowodowy:
Jest zarówno nośnikiem transmisji sygnału, jak i elementem wykrywającym temperaturę. Jego właściwości bezpośrednio wpływają na dokładność i niezawodność pomiaru temperatury. Na przykład, Kable optyczne do pomiaru temperatury w pancerzu górniczym, środek zmniejszający palność, i centralna rura wiązki mają dobrą wytrzymałość na ściskanie (krótkoterminowe 3000, długofalowy 1500) i wytrzymałość na rozciąganie, nadaje się do monitorowania temperatury kabli w specjalnych środowiskach, takich jak kopalnie węgla.
Różne typy włókien optycznych (takie jak jednomodowe i wielomodowe) można stosować w różnych scenariuszach pomiarowych. Światłowód jednomodowy nadaje się do długodystansowych i precyzyjnych pomiarów temperatury; Światłowód wielomodowy ma zalety w niektórych scenariuszach zastosowań na krótkich dystansach i wrażliwych na koszty.
Długość kabla optycznego do pomiaru temperatury określa się zgodnie z wymaganiami pomiarowymi, i może mieć długość kilku lub nawet kilkudziesięciu kilometrów, umożliwiając ciągłe monitorowanie temperatury dłuższych linii kablowych.
Inny sprzęt pomocniczy:
Moduł widmowy WF: służy do izolowania rozproszonego światła Rayleigha, tak, aby czułe na temperaturę światło sygnalizacyjne Stokesa i niewrażliwe na temperaturę światło referencyjne Stokesa mogły być odbierane przez ten sam detektor (APD), dostarczanie dokładnych sygnałów natężenia światła do późniejszych obliczeń temperatury.
Detektor (APD): odpowiedzialny za odbiór światła sygnalizacyjnego przeciw Stokesowi i światła referencyjnego Stokesa przetwarzane przez moduł rozdzielający, przetwarzanie sygnału optycznego na sygnał elektryczny w celu późniejszego przetwarzania sygnału i obliczania temperatury.

4、 Praktyczny przypadek rozproszonego pomiaru temperatury kabla światłowodowego

Zastosowanie w wykrywaniu pożaru tuneli kablowych:
W miejscach takich jak elektrownie i huty znajduje się duża liczba tuneli kablowych, które są podatne na pożary w wyniku nagrzewania się kabli i usterek. Technologia rozproszonego światłowodowego pomiaru temperatury opiera się na zasadach optycznej reflektometrii w dziedzinie czasu (OTDR) i wsteczne rozpraszanie Ramana w światłowodach, które potrafią dokładnie, aktualny, i stale monitorują temperaturę wewnątrz tuneli kablowych. Na przykład, poprzez ułożenie światłowodu detekcyjnego w tunelu kablowym, host światłowodowy emituje wiązkę lasera do kabla światłowodowego detekcyjnego i zbiera w czasie rzeczywistym światło rozpraszające Ramana wraz z informacjami o temperaturze w czasie rzeczywistym rozproszonymi wzdłuż kabla światłowodowego. Te sygnały świetlne są analizowane i przetwarzane w celu uzyskania informacji o rozkładzie temperatury w całym kablu światłowodowym. Gdy temperatura przekroczy ustawioną wartość alarmową, host światłowodowy emituje sygnał dźwiękowy i świetlny alarmu pożarowego, i może wysyłać informacje o alarmie do kontrolera sygnalizacji pożaru.
W skład rozproszonego światłowodowego systemu pomiaru temperatury wchodzą kable pomiarowe ułożone na miejscu, którego zadaniem jest uzyskanie temperatury korytka kablowego na budowie oraz temperatury otoczenia; Każdy rozproszony światłowodowy host do pomiaru temperatury instalowany jest w pomieszczeniu monitorowania, korytku kablowym lub tunelu zgodnie z zasadą bliskości (jeśli jest instalowany bezpośrednio na miejscu, należy wybierać urządzenia zewnętrzne o stopniu ochrony IP66), odpowiedzialny za zbieranie i obliczanie temperatury mierzonej przez czujnik światłowodowy w czasie rzeczywistym; Serwer monitorujący zbiera dane o temperaturze z wielu hostów pomiaru temperatury, sklepy, wyświetla, zarządza, ćwiczenie, eksport, i drukuje dane, uruchamiając oprogramowanie do monitorowania temperatury. Może także wykorzystywać protokół Modbus do łączenia się z kontrolerem sygnalizacji pożaru i bezpośrednio wysyłać sygnały alarmowe do kontrolera sygnalizacji pożaru, osiągnięcie powiązania.
Zastosowanie w budowaniu mocy komunikacji:
Rozproszone światłowodowy system monitorowania temperatury służy do monitorowania temperatury w pomieszczeniu komputerowym budynku zasilania komunikacyjnego, łącznie z monitorowaniem temperatury szaf, kable mostkowe, i podziemne kable tunelowe. System zawiera klienta lokalnego, Światłowodowy host pomiaru temperatury, kabel optyczny do pomiaru temperatury, oraz oprogramowanie do pomiaru temperatury. Poprzez pomiar temperatury poprzez kable optyczne wykrywające temperaturę, światłowodowy host pomiaru temperatury zbiera i przetwarza dane, przesyła informacje o temperaturze do lokalnych klientów i oprogramowania do pomiaru temperatury, realizuje monitorowanie temperatury w czasie rzeczywistym, analiza trendów, oraz zdalne ostrzeganie i alarmowanie, zapewnienie bezpiecznej i stabilnej pracy komunikacji. Na przykład, gdy temperatura korytka kablowego w pomieszczeniu komputerowym nienormalnie wzrasta z powodu dużego obciążenia, the rozproszony światłowodowy system monitorowania temperatury może wykryć zmianę temperatury w odpowiednim czasie, przeanalizuj go za pomocą oprogramowania, aby określić, czy osiągnął próg alarmowy, i jeśli tak, wydać sygnał alarmowy, aby powiadomić odpowiedni personel w celu kontroli i obsługi, unikając w ten sposób awarii komunikacji lub wypadków związanych z bezpieczeństwem, takich jak pożary spowodowane wysoką temperaturą kabla.

5、 Środki ostrożności dotyczące rozproszonego pomiaru temperatury kabla światłowodowego

Dotyczy układania i instalacji światłowodów:
Ścieżkę układania włókien optycznych należy zaplanować rozsądnie, aby uniknąć wpływu zewnętrznych naprężeń mechanicznych. Jeśli światłowód jest nadmiernie zagięty, rozciągnięty, lub sprasowane podczas procesu układania, może zwiększyć utratę włókien, wpływają na transmisję sygnałów optycznych, i tym samym zmniejszyć dokładność pomiaru temperatury. Na przykład, przy układaniu włókien optycznych w rowach kablowych, należy zwrócić uwagę na ściskanie włókien przez inny sprzęt lub gruz w rowie, aby zapewnić wystarczającą ilość miejsca na włókna.
Ważny jest także sposób łączenia włókien optycznych z kablami. Jeśli sprzęgło jest nieprawidłowe, dokładne wykrycie zmian temperatury kabla może nie być możliwe. Podczas instalowania światłowodów na kablach, należy wybrać odpowiednie metody łączenia w zależności od typu, struktura, i środowisko pracy kabla, takie jak wiązanie, wklejanie, lub mocowanie za pomocą specjalistycznych uchwytów, aby zapewnić, że włókna światłowodowe mają ścisły kontakt z kablem i mogą skutecznie przewodzić ciepło.
Do instalacji światłowodowych na duże odległości, należy rozważyć kwestię spawu światłowodów. Punkty połączeń światłowodowych mogą powodować straty i odbicia, wpływające na pomiar temperatury. Więc, Podczas łączenia światłowodów należy stosować wysokiej jakości sprzęt i procesy do łączenia światłowodów, aby zapewnić minimalne straty w miejscu łączenia.
W zakresie wzorcowania i konserwacji systemów pomiarowych:
Regularna kalibracja rozproszonych światłowodowych systemów pomiaru temperatury jest kluczem do zapewnienia dokładności pomiaru. Ze względu na potencjalny wpływ temperatury otoczenia, wilgotność, starzenie się włókien, oraz inne czynniki wpływające na dokładność pomiaru systemu, konieczna jest regularna kalibracja systemu przy użyciu standardowego źródła temperatury. Na przykład, wyniki pomiarów systemu można porównywać i korygować w środowisku o stałej temperaturze i znanej temperaturze, aby zapewnić, że błąd pomiaru mieści się w dopuszczalnym zakresie.
Hosty do pomiaru temperatury powinny być przeprowadzane regularnie, detektory, i inny sprzęt. Sprawdź stan pracy sprzętu, oczyścić powierzchnię urządzenia, i zapobiegać kurzowi, para wodna, itd. przedostawania się do wnętrza urządzenia i wpływania na jego działanie. Do detektorów APD, należy regularnie sprawdzać ich czułość i szybkość reakcji, aby zapewnić dokładny odbiór i konwersję sygnałów optycznych.
Należy także regularnie sprawdzać kable optyczne wykrywające temperaturę, aby sprawdzić, czy nie są uszkodzone, złamanie, lub korozja. W przypadku stwierdzenia uszkodzenia kabla optycznego, należy go terminowo naprawić lub wymienić, aby zapewnić ciągłość i dokładność pomiaru temperatury.
Pod względem wpływu czynników środowiskowych:
Zmiany temperatury i wilgotności otoczenia mogą mieć wpływ na właściwości optyczne włókien optycznych i działanie sprzętu. Na przykład, w środowiskach o wysokiej temperaturze i dużej wilgotności, może wzrosnąć utrata włókien optycznych, i elementy elektroniczne wewnątrz urządzenia mogą ulec pogorszeniu lub awariom. Więc, w przypadku stosowania w tym środowisku rozproszonego światłowodowego systemu pomiaru temperatury, należy podjąć odpowiednie środki ochronne, takie jak uszczelnienie, odporny na wilgoć, i obróbka polegająca na rozpraszaniu ciepła sprzętu.
Jeśli w środowisku pomiarowym występują silne zakłócenia elektromagnetyczne, chociaż same włókna optyczne charakteryzują się odpornością na zakłócenia elektromagnetyczne, urządzeń elektronicznych w systemie (takie jak hosty pomiaru temperatury) może mieć to wpływ. W tym przypadku, Aby zapewnić prawidłowe działanie systemu, należy zastosować ekranowanie elektromagnetyczne w urządzeniach elektronicznych. W tym samym czasie, należy także unikać układania włókien optycznych w pobliżu silnych źródeł promieniowania elektromagnetycznego, aby uniknąć zakłóceń sygnałów optycznych w światłowodach.