分布式光纤传感温度测试系统性能标定方法

正一、引言分布式光纤温度传感系统是一种用于实时测量空间温度场分布的传感系统,实质上是分布光纤拉曼(Raman)光子传感器(DOFRPS)系统,它是近年来发展起来的一种用于实时测量空间温度场的光纤传感系统。本文拟在简要阐述分布式光纤监测技术和分布式光纤温度监测技术及其校准原理的基础上,对分布式光纤传感温度测试系统性能标定方法进行介绍,为该系统在工程结构监测中的应用提供借鉴。     

远程分布式光纤温度传感系统的设计和制造

为了测量长距离大范围空间分布温度场,设计制造出30km远程光纤温度传感器。基于光纤放大的反斯托克斯背向拉曼自发散射测温原理,对系统进行了优化设计。用1550nm掺铒光纤激光器作为抽运源,采用高速瞬态波形采样技术,累加平均等信号处理技术,解决了远处背向反斯托克斯弱信号的检测问题。采用了智能化恒温技术,使主要元器件在恒温条件下工作,解决了工程应用中环境的适应性。远程分布光纤拉曼温度传感器系统已达到的主要技术指标如下:光纤长度31km,测温范围0-100℃(可扩展),温度测量不确定度为±2℃,温度分辨力为0.1℃,测量时间为432s,空间分辨力为4m。     

基于拉曼散射的分布式光纤传感系统真空低温热沉环境温度梯度测量

新型分布式光纤温度传感器具备电类温度传感器所不具有的独特优势，扩展了温度测量在真空低温环境中的应用领域。在真空低温热沉环境下使用分布式光纤温度传感器进行温度梯度测量。传统热电偶温度传感器和分布式光纤温度传感器布置在同一双层铝板结构中，铝板以及传感器放置在真空低温热沉环境中。铝板由加热片进行控温，以实现真空低温热沉环境下不同温度梯度的测量。对两类传感器所测铝板的温度数据进行分析，结果表明，基于拉曼散射原理的分布式光纤温度测量系统能够对真空低温热沉环境下的温度梯度实现精确测量，可以满足低温工况下工件的温度测量。     

分布式拉曼光纤传感技术的研究进展

分布式光纤拉曼测温技术是一种新型的光纤传感技术,具有灵敏度高、可分布式测量和抗电磁干扰强等优点,非常适用于电力系统中输电线路的温度在线监测。本文概述了基于ROTDR和ROFDR技术的分布式光纤传感器的基本原理和发展现状,并综述了分布式光纤拉曼测温技术在输电线路监测中的应用,并以实例证明分布式光纤拉曼测温技术对电缆运行状态的实时在线监测。最后对分布式光纤拉曼测温技术的发展前景进行了展望。     

分布式光纤测温技术在火区爆破中应用

为了满足多点测量、响应时间短、精度高以及测温范围广等要求,将分布式光纤测温技术应用到高温火区炮孔测温中。为了适应高温炮孔中温度高、湿度大等复杂条件,采用镀金光纤作为分布式光纤测温系统的测温段。现场试验表明分布式光纤测温系统能快速获得炮孔温度分布情况,通过比较同一炮孔在注水降温前后的温度,结果表明:炮孔温度在注水降温停止后的较短时间内即可回升至降温前的温度,因此现场装药连线等爆区区域内的工作需要在抽出水管后的较短时间内完成。     

分布式光纤温度传感器新测温原理的研究

介绍了分布式光纤温度传感器的工作原理和应用状况,分析了光纤中放大的自发拉曼散射现象及其时域特性.提出了一种基于光纤中放大的自发拉曼散射光脉冲信号温度效应的新温度测量原理,并将其应用于分布式光纤传感器系统,进而讨论了基于新测温原理的实验现象和实验数据.     

基于拉曼散射分布式光纤测温系统的理论分析

对分布式光纤测温系统涉及的光时域散射技术与自发拉曼散射进行理论分析,给出拉曼散射的定量描述,论述了斯托克斯拉曼散射光与温度的关系,纠正了斯托克斯光与温度无关的错误认识,统一了理论与实际应用中关于斯托克斯光与温度关系的认识,最后确定了利用反斯托克斯拉曼散射光功率曲线解调瑞利散射光功率曲线的表达式,为分布式光纤测温系统进行温度解调提供参考.     

30公里远程分布光纤拉曼温度传感器系统测试方法与技术的研究

本文讨论了分布光纤拉曼温度传感器的主要特性的测试方法与技术 ,并以 30公里分布光纤拉曼温度传感器为例 ,对测试结果进行了分析讨论。光纤长度为 30 9公里 ,测温范围 :0— 10 0℃ (可扩展 ) ;温度测量不确定度 :± 2℃ ;温度分辨力 0 1℃ :空间分辨力 :4m(采样率 10 0MHz)。     

电站锅炉炉膛温度测量技术发展

该文介绍热电偶测温、CO2红外光谱测温、光纤测温、辐射能测温、声波测温等温度测量方法的原理及其所存在的问题,分析一种基于激光吸收光谱的炉膛测温技术及其系统构成。在某电厂的应用表明,基于激光吸收光谱的测温系统能够对炉膛温度场进行比较精确的测量。测量结果可指导操作人员通过调节相应的二次风门开度等手段来调整锅炉燃烧,使煤粉在炉膛内燃烧均匀,温度场居中分布,从而有效地提高锅炉燃烧效率。     

中心波长对基于拉曼散射分布式光纤测温系统影响分析

根据基于拉曼散射分布式光纤测温系统原理,详细分析了激光器中心波长与测量点的关系及其对分布式光纤测温系统灵敏度、稳定性等性能的影响,探讨了测温系统中心波长的优化选择.引入了受激拉曼散射阈值并对激光器光功率进行估算,纠正了传统上认为激光器光功率越大越好的认识,为设计分布式光纤测温系统和选择激光器光源时提供参考.     

基于非线性遗传算法的DTS传感模型的参数辨识与优化

基于光纤拉曼散射效应和Monte-Carlo法,建立了一种DTS传感模型。采用非线性遗传算法对该模型的参数进行了辨识,分析了种群规模、进化代数、交叉率、变异率等参数选值对算法运行结果的影响,并选取了最佳参数组合。搭建了分布式光纤温度传感系统实验平台,并运用该DTS传感模型对分布式光纤温度传感系统进行了仿真预测。实验及仿真结果表明:该传感模型在空间分辨力为1 m时,预测误差在0.24%以内;该分布式光纤温度传感系统的测温误差不大于0.40 ℃。     

一种新型解调法的光纤布里渊温度传感系统

在基于瑞利散射和布里渊散射强度解调的分布式光纤布里渊温度传感系统中,为了抑制系统温漂和光纤中的应力等噪声因素影响,提出了采用最近已知温度分布曲线来解调待测温度分布曲线的新方法,并在设计的传感系统中进行了实验.实验结果表明,采用该解调法的分布式光纤布里渊温度传感系统能有效提高测温精度和稳定性,降低了系统的成本.系统的测温精度达到±0.09 K.     

分布式光纤传感系统监测煤矿冻结表土段温度

在煤矿挖掘过程中,冻结温度是一个非常关键的参数.精确的、连续的温度数据对于煤矿冻结表土段的状态监测、横向剪切力预报等都具有非常重要的意义.根据分布式光纤温度监测系统(DTS)的工作原理和测量方法,对光纤监测网络的设计方法和光纤的埋设工艺进行研究,并应用于表土段的温度测量.设计的分布式光纤温度监测系统(DTS)实现了0.5 m的连续测温空间分辨率,温度分辨率为0.1℃.较好地获得了温度分布情况,与传统监测仪器的对比表明,DTS能够很好地解决煤矿挖掘过程中温度数据的采集问题.     

分布光纤Raman光子温度传感器(DOFRPTS)系统的信号和噪声分析

在DOFRPTS系统中，自发反斯托克斯Raman散射光子是温度信息的载体．Rayligh散射光子是压力、应力信息的载体，在2公里长光纤上，实时采样1000个点．可同时测量空间温度场的分布和空间力场的分布．系统中分别采用Rayleigh散射OTDR技术和Raman散射OTDR技术．对所测点进行定位．本文对DOFRPTS系统中的信号、噪声进行了分析，测温精度由系统的信噪比来确定，本系统的测温精度达±1℃．     

基于柔性电阻式温度传感器的GIS无线测温系统

该文设计并开发一种针对气体绝缘开关设备(gas insulated switchgear,GIS)的无线测温系统,可对GIS设备的外壳温度进行分布式测量。该测温系统基于柔性铜电阻温度传感器,通过将铜电阻沉积于柔性衬底之上并刻蚀实现。测温系统由沿GIS外壳筒壁周向分布的柔性传感器阵列构成,可良好适应GIS圆柱状外壳曲率并实现分布式温度测量。搭建GIS模拟温升平台对柔性温度传感器和测温系统进行表征,测量温度值与传感器阻值的关系,并对低温区域的非线性特性进行补偿,研究传感器测温区域内的温度分布与变化对传感器性能的影响。结果表明,该传感器可在30～150℃的外壳温度变化区间内实现线性输出,灵敏度约为0.19Ω/℃,能够实现GIS设备外壳温度的分布式测温。     

辐射测温坐标系的数学完备性分析

谱色测温法是一种无需发射率标定及空间几何标定的二维真实温度场的辐射测温法,适用对象为在测量窄波段内具有上述发射率表征的连续辐射的物体,由温度和发射率两个标尺构成的辐射测温坐标系是谱色测温法的重要特征之一.基于已有研究,对辐射测温坐标系的数学完备性进行讨论,在理论上验证了温度标尺、发射率标尺在测温坐标系中的单调连续性;并对二者进行了数值模拟,给出了一定测量条件下的辐射测温坐标系的理论分布,定量地分析了测量标尺的分布规律.这些理论与数值模拟工作可为测温坐标系在辐射测温中的应用提供必要的理论依据.     

焦炉温度分布图像测试技术研究

针对中小型炼焦炉炉窑内温度测量与控制,分析了焦炉测温环境,探讨了炉膛内温度测试方法和数字图像采集方法,设计了一套测温系统,提出了以彩色面阵CCD像机作为测温传感器,并结合数字图像处理技术进行焦炉温度的非接触式测量的方法.建立了参考点法测温的数学模型,运用数字图像处理技术和动态温度标定技术实现了焦炉温度场的描述.     

发动机燃烧室出口温度分布测试的新型传感器

发动机燃烧室出口的温度分布对于推进技术的发展具有重要意义,而现阶段发动机内部温度已达1 800℃以上,主要测温手段辐射测温和热电偶受限于限于精度和材料,对这种高温氧化环境无法测试。该文依据超声测温原理,设计了一套可以在超高温氧化环境下用一根蓝宝石光纤测量多点温度的温度分布测试系统,并且在20～1 800℃范围内进行标定并多次校准。实验结果表明该系统测量精确、重复性良好,在1 600℃时灵敏度为0.004μs/℃,重复性达98.4%。在加装滞止罩后将感温元件封装于发动机燃烧室出口处,经过多此实验,测得了该燃烧室运行时出口处径向温度分布。     

分布式光纤测温系统的自校准技术研究

为提高分布式光纤测温系统的测量精度,本文在DTS中增加了自校准环节,并运用小波去噪算法和累加平均去噪算法对系统采集到的光功率信号进行去噪处理,此外还采用了双数字高精度传感器取平均值的方法得到高精度的参考温度,进一步提高的DTS的测量精度。实验结果表明,改进后的分布式光纤测温系统的测量误差均在±1℃以内,具有较好的工程应用价值和广阔的应用前景。     

一种光纤快速测温系统研究

介绍了一种比色光纤快速测温系统。该系统适合于一些特殊环境下的测温要求，解决了传统测温方法无法测量的问题。它可以用于脉冲爆震发动机温度测量，也可以用于铸造，铸造，高频加热以及陶瓷烧结等测量。