分布式传感测温光缆在电力电缆温度系统中的应用

　　湖南光联讯：跟随着光纤传感技术的不断发展，单晶光纤是如今高温环境下最适用的光波导材料之一，其测量温度最高2 000℃，温度分辨率0.1℃，因此运用光纤传感技术规划高压电力电缆温度在线监测系统具有精度高、坚固而且弯曲灵敏、体积小和抗电磁干扰强等特色。高压电力电缆网是呈一定空间分布的场，为了取得被测方针较无缺的信息，选用依据拉曼分布式光纤传感系统，该系统在空间狭小、强电磁场、易燃及易爆等恶劣环境中具有出色的运用价值。

　　1 系统构成原理

　　光纤的光时域反射技术(OTDR)是结束分布测量的底子依据。当窄带光脉冲被写入光纤中时，通过测后向散射光强随时间改动联络检查光纤的连续性并测量其衰减。

　　激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，发作拉曼散射。拉曼散射是由光纤中非传达的局域密度不均匀和成分不均匀所形成的，这种不均匀性是在拉纤阶段，二氧化硅由熔融态转变为凝固态的过程中构成的。激光脉冲在光纤中所走过的旅程为：2L=vt。其间，t为入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间;v为光在光纤中的传达速度，v=c/n，c为真空中的光速，n为光纤的折射率;L为光纤某处到光纤入射端的距离。

　　在t时间测量距光纤入射端距离为L处局域的后向拉曼散射光，OTDR为分布式测量供应牢靠的理论依据。

　　本系统选用依据Raman后向散射的分布式光纤温度传感原理，选用双通道双波长对比方法，即分别搜集Anti-Stokes光和Stokes光，运用两者强度的比值解调温度信号。由于Anti-Stokes光对温度更活络，因此Anti-Stokes光作为信号通道，Stokes光作为对比通道，则两者之间的强度比为

　　式中，λs，λas分别为Stokes和Anti- Stokes光波长;h为普朗克常数;c为真空中的光速;k是玻耳兹曼常量;△γ为偏移波数：T为绝对温度。

　　可见，在测温系统中通过测定R(T) 就可以判定沿光纤各测量点的温度值。

　　2 系统构成

　　分布式光纤测温系统在悉数测量光纤长度上，以距离的连续函数方法表明被测点的温度随光纤长度的改动。电力电缆温度监测系统的中心——依据拉曼分布式光纤温度传感器系统，该系统分为光纤温度场信息搜集、光电勘探和电路信号后处理3个子系统。

　　2.1 光纤温度场信息搜集

　　光纤温度场信息搜集子系统包括半导体激光器及其脉冲驱动电路、光功率扩展器(EDFA)、光纤分束器、传感光纤及窄带光滤波器。激光技术中激光高速调制与大功率输出是一对对立，大功率激光器窄脉冲调制困难;一同其驱动电流大，而大电流、窄脉冲的激光器驱动源规划和结束困难。光通信选用950 nm的高速调制半导体激光器则易于结束10 ns的脉冲输出。运用光功率扩展器前进光功率可取得瓦数量级光功率输出。选用30 dB以上功率扩展倍数的低噪声EDFA掺铒光纤扩展器。选用插入损耗小，分束比高的光纤分束器以保证最小光能量丢掉。为了可以最大崎岖前进悉数系统的信噪比SNR，结束系统高技术方针恳求。光发射端选用EDFA前进发射光功率和信号光功率。

　　2.2 光电勘探

　　选用波长为150 nm的InGaAs高量子功率的APD及噪声的前放单元，结束微小光信号的接收改换和低噪声预扩展。主扩展电路首要结束信号光经光勘探器改换为光电流方法，再经其自身带有的低噪声前置扩展后，输出差动方法的电平信号，进入宽带扩展电路。

　　2.3电路后处理

　　电路后处理子系统包括信号搜集和处理2有些。2路系统被测信号经前置扩展后，成为O～2 V的信号分别送至模仿开关，分时选通后送入差分输入器送至A/D改换器，当A/D改换器被DSP信号触发后发起改换，并将改换效果存储在外扩的RAM中。当数据存储到一定数量后，进行统计分析。获取其间有用数据进行概括处理，最终将处理效果传给上位机最示。

　　分布式光纤拉曼后向散射温度传感器的传感信号归于淹没在噪声中的时间敏捷改动信号，而其频带极宽。后向散射随时间改动的微小信号波形的每一点幅值与时间的联络，均代表空间各点方位的温度改动，因此敏捷恢复需悉数传达与接收时间内的散射光波。分布式光纤温度传感器中选用时域堆集均匀改善信噪比并恢复波形的方法，即选用多点均匀的线性累加形式经多点堆集均匀后。

　　选用数字均匀法可大大前进采样信号的信噪比，有用地从噪声中获取微小信号。而且，这种方法对具有专门累加指令和零开支循环指令的DSP易于结束。

　　3 系统实例

　　分布式光纤传感器在高压电力电缆中的安装法通常有表贴式和内绞合式。电缆内部的内绞合光纤能对负载的改动做出敏捷呼应，而绑缚在电缆表面的表贴光纤由于受电缆外界环境以及电缆自身绝缘屏蔽层的影响，无法真实盯梢负载的实时改动情况，仅能反应电缆周围环境的温度改动情况。

　　高压电力电缆缺点大都是由于着火导致的，包括内外部火源。内部火源首要是电缆绝缘老化，导致发热着火。外部火源是指电缆地道或电缆夹层内其他火源及地道外各种火源。外部火源可使电缆表层着火，发作许多的热和烟。把到达起火前的温度点设为闽值，逾越阈值系统宣告警报。

　　分布式光纤传感系统除运用于高压电力电缆测温外。还可监测电力系统光缆。电力系统光缆品种繁多，加之我国地域宽广，各地环境差异很大，所以光缆的环境凌乱，其间温度和应力是影响光缆功能的首要环境要素。因此，在监测光纤断点的一同也应监测光缆所在温度和应力情况，这对光缆的缺点预警及保护具有广泛意义。

　　4 结束语

　　依据分布式光纤传感技术的测量系统已广泛运用于多个范畴。分布式光纤温度测量系统能在整条光纤的长度上，以距离的连续函数方法给出被测温度随光纤长度方向的改动信息。将其运用于电力系统电缆、铁塔等设备，实时测量其温度、压力等参数，并及时排险，然后尽可能减少经济丢掉，为电力设备安全工作供应保证。