陸建國(guó)

（上海理工大學(xué)，上海 200093）

從目前所擁有的材料來(lái)看，光纖是一種比較先進(jìn)的材料，與其他的傳感器相比，光纖的優(yōu)點(diǎn)較多。例如，光纖具有良好的抗電磁性能、并且能夠耐受較高的溫度，對(duì)外界的變化也是比較敏感的，價(jià)格上也有所降低。為此，通過(guò)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)，能夠更好的對(duì)電力電纜溫度開展監(jiān)測(cè)，當(dāng)溫度急劇升高和急劇下降的時(shí)候，都可以及時(shí)的采取有效的措施來(lái)控制，避免對(duì)電力運(yùn)行造成較大的影響。在此，本文主要對(duì)基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行討論。

1 拉曼散射分布式光纖測(cè)溫原理

在基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)當(dāng)中，主要應(yīng)用到的溫度測(cè)量原理，就是拉曼散射分布式光纖測(cè)量溫度的原理。從理論上來(lái)講，實(shí)際的溫度測(cè)定，需要把握好時(shí)間和距離的因素，且要對(duì)外界的變化和內(nèi)部的運(yùn)行狀態(tài)有所了解，不然很難測(cè)定理想的溫度。因此，選擇拉曼散射分布式光纖測(cè)溫原理，能夠得到較為準(zhǔn)確的結(jié)果。該原理具體表現(xiàn)為：利用光纖中產(chǎn)生的散射的位置，同時(shí)結(jié)合該位置散射光的返回時(shí)間，將兩者的關(guān)系相互聯(lián)合起來(lái)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)溫點(diǎn)的精確定位。同時(shí)，實(shí)現(xiàn)沿著光纖溫度場(chǎng)的異常溫度點(diǎn)、光纖斷裂點(diǎn)的距離定位。由此可見，該原理對(duì)基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)和實(shí)現(xiàn)，具有積極意義。首先，該原理能夠較好的進(jìn)行定位工作，直接尋找到溫度過(guò)高的地方，不會(huì)因?yàn)橥饨缫蛩氐淖兓?，?dǎo)致定位的錯(cuò)誤。其次，在線監(jiān)測(cè)過(guò)程中，可隨時(shí)發(fā)現(xiàn)溫度波動(dòng)較大的位置，并及時(shí)采取措施來(lái)解決，避免造成電力運(yùn)行的較大故障。

2 基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

就系統(tǒng)本身來(lái)講，應(yīng)在硬件和軟件兩個(gè)方面努力?，F(xiàn)階段的電力運(yùn)行工作，需要各種系統(tǒng)的輔助?；诜植际焦饫w光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)，不僅僅是對(duì)固有測(cè)量溫度系統(tǒng)的改進(jìn)，同時(shí)還要在其中融入較多的內(nèi)容，一方面來(lái)減少固有的測(cè)量不精準(zhǔn)問(wèn)題，另一方面提高該系統(tǒng)與其他電力系統(tǒng)的聯(lián)合應(yīng)用，以此來(lái)鞏固日常電力工作的效率和質(zhì)量，保證電力資源的正常輸送，減少客觀上的影響和一些小問(wèn)題的干擾。在此，本文主要對(duì)基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行論述。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

對(duì)于基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)而言，其硬件設(shè)計(jì)直接影響到該系統(tǒng)的運(yùn)行情況，同時(shí)會(huì)在很大程度上體現(xiàn)外界的自然因素變化。所以，系統(tǒng)的硬件部分需保證較強(qiáng)的穩(wěn)定性。結(jié)合以往的工作經(jīng)驗(yàn)和當(dāng)下的工作標(biāo)準(zhǔn)，基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，主要從以下幾個(gè)方面著手：（1）通過(guò)激光器發(fā)出相應(yīng)的脈沖信號(hào)，以此來(lái)觸發(fā)端口發(fā)出電信號(hào)。信號(hào)的發(fā)出，能夠驅(qū)動(dòng)A／D采集卡開始工作，采集必要的信息和數(shù)據(jù)。（2）信息和數(shù)據(jù)采集完畢后，脈沖光信號(hào)會(huì)經(jīng)過(guò)波分復(fù)用器，將其耦合到傳感的光纖當(dāng)中，而考慮到現(xiàn)實(shí)條件限制，傳感光纖主要是安置到待測(cè)溫度場(chǎng)當(dāng)中。（3）光脈沖在傳感光纖中傳播時(shí)，各點(diǎn)位置上引發(fā)的散射光中后向散射部分經(jīng)過(guò)光纖傳輸通道進(jìn)入波分復(fù)用器耦合到接收通道。（4）需要對(duì)所得到的數(shù)據(jù)和信息，經(jīng)過(guò)多次的數(shù)字平均運(yùn)算，逐步提高信噪比。操作人員會(huì)利用該系統(tǒng)對(duì)溫度情況開展一系列的解調(diào)運(yùn)算，以此來(lái)完成對(duì)待測(cè)溫度場(chǎng)的分布式溫度測(cè)量，最終顯示出來(lái)。從硬件來(lái)看，基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較貼合實(shí)際，總體上的工作效果值得肯定。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)主要是為了保障基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)能夠流暢的運(yùn)行，而軟件設(shè)計(jì)，主要是為了在實(shí)際的工作中，系統(tǒng)擁有較多的功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力電纜溫度的更好測(cè)量，得到的數(shù)據(jù)和信息多樣化。結(jié)合以往的工作成果和當(dāng)下的社會(huì)要求，基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，應(yīng)在以下幾個(gè)方面努力：（1）數(shù)據(jù)采集模塊。數(shù)據(jù)采集直接決定了在線測(cè)量的準(zhǔn)確程度。所以，數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)，主要通過(guò)連續(xù)調(diào)用CLF節(jié)點(diǎn)來(lái)完成。系統(tǒng)會(huì)將采集到的數(shù)據(jù)，完全存入到局部變量的數(shù)組當(dāng)中，當(dāng)達(dá)到一定的次數(shù)后，就會(huì)輸出，其實(shí)質(zhì)的運(yùn)行過(guò)程是一個(gè)軟件虛擬的二級(jí)緩存。由此可見，數(shù)據(jù)采集模塊，并不是太大的難點(diǎn)，其在系統(tǒng)運(yùn)行中，取得的效果是比較理想的。（2）基于改進(jìn)小波變換閾值的軟件去噪。數(shù)據(jù)收集完成后，并不能直接應(yīng)用，需要進(jìn)一步的去噪處理，以此來(lái)提高測(cè)量的精度。小波算法是目前比較常用的方法，該算法在信號(hào)濾波中的運(yùn)用有很多的優(yōu)勢(shì)，包括算法精度較高、計(jì)算簡(jiǎn)便等，其得到了較為廣泛的應(yīng)用。（3）溫度解調(diào)以及信號(hào)校正模塊。該模塊是一個(gè)必要的模塊，并且在很多方面，都會(huì)對(duì)最終的結(jié)果造成影響。所以，日后還需要在溫度解調(diào)以及信號(hào)校正模塊方面進(jìn)一步的研究，鞏固基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的性能。

3 系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析

基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)通過(guò)硬件和軟件的研究，并且在原理上的應(yīng)用，也取得了理想的效果。下一步，就是要對(duì)系統(tǒng)開展一系列的實(shí)驗(yàn)工作，并且分析最終的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以此來(lái)對(duì)基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化處理，積極的投入到實(shí)際的溫度監(jiān)測(cè)工作中。系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證及分析，需要在溫度解調(diào)與顯示、系統(tǒng)精度測(cè)試實(shí)驗(yàn)等方面努力。以溫度解調(diào)與顯示為例，按照國(guó)際上通用的分布式溫度傳感器定標(biāo)方法，定標(biāo)區(qū)設(shè)置在光纖的200 m處，把前200 m放入恒溫箱作為參考光纖。在220 m光纖處取5 m長(zhǎng)光纖盤成圈置于熱水杯中，可知光纖前200 m由于前端反射不穩(wěn)定，無(wú)法反映實(shí)際溫度，波形末端由于后端反射存在也無(wú)法反映實(shí)際溫度。光纖中間部分在室溫下，溫度都在25℃左右，220 m附近則出現(xiàn)了明顯的突起，其峰值點(diǎn)反應(yīng)熱水的溫度，符合實(shí)際情況。由此可見，將基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)投入到具體的工作中，可對(duì)溫度監(jiān)測(cè)提供較多的幫助，數(shù)據(jù)和信息的收集也比較全面。

4 總 結(jié)

本文對(duì)基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)的開發(fā)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行討論，現(xiàn)階段的工作在很多方面都取得了較大的積極成果，為我國(guó)的電力運(yùn)行穩(wěn)定提供了較多的幫助。隨著人口的增加和電力資源需求的提升，基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)也需要不斷的進(jìn)行優(yōu)化，除了要融入較多的技術(shù)外，還應(yīng)該不斷的強(qiáng)化軟件與硬件，從多方面完成溫度監(jiān)控能力的提升。相信在今后的工作中，基于分布式光纖光柵傳感溫度測(cè)量系統(tǒng)能夠創(chuàng)造出更大的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。

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