散布式传感器应用实例讲解
时间：2010-12-20 阅读：503
编者语：散布式传感器又叫分布式传感器。此次讲解的散布式传感器应用实例是关于分布式传感器电力电缆温度系统中的应用。
前言：随着光纤传感技巧的不停开展，单晶光纤是目前低温环境下zui适用的光波导资料之一，其测量温度zui高2 000℃，温度分辨率0．1℃，因此应用光纤传感技巧设计高压电力电缆温度在线监测零碎具有精度高、坚固并且弯曲灵敏、体积小和抗电磁搅扰强等特点。高压电力电缆网是呈一定空间散布的场，为了取得被测对象较完好的信息，采用基于拉曼散布式光纤传感零碎，该零碎在空间狭小、强电磁场、易燃及易爆等恶劣环境中具有良好的使用价值。
组成原理
完成压力变送器散布测量的根本根据是光纤的光时域反射技巧（OTDR）。当窄带光脉冲被注入光纤中时，经过测后向散射光强随时刻变化关系检验光纤的陆续性并测量其衰减。
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平均性，发生拉曼散射。拉曼散射是由光纤中非传达的局域密度不平均和成分不平均所致，这种不平均性是在拉纤阶段，二氧化硅由熔融态转变为凝结态的进程中构成的。激光脉冲在光纤中所走过的路程为：2L=vt。其中，t为入射光经后向散射前往到光纤入射端所需时刻；v为光在光纤中的传达速率，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间隔。
在t时辰测量距光纤入射端间隔为L处局域的后向拉曼散射光，OTDR为散布式测量提供牢靠的实际根据。
本零碎采用基于Raman后向散射的散布式光纤温度传感原理，采用双通道双波长比拟办法，即辨别采集Anti-Stokes光和Stokes光，应用两者强度的比值解调温度信号。由于Anti-Stokes光对温度更灵敏，因而Anti-Stokes光做为信号通道，Stokes光做为比拟通道。
组成部分
散布式光纤测温零碎在全部测量光纤长度上，以间隔的陆续函数方式表示被测点的温度随光纤长度的变化。电力电缆温度监测零碎的中心——基于拉曼散布式光纤温度传感器零碎，如图l所示。该零碎分为光纤温度场信息采集、光电探测和电路信号后处置3个子零碎。
光纤温度场信息采集
采用30 dB以上功率缩小倍数的低噪声EDFA掺铒光纤缩小器。选用拔出损耗小，分束比高的光纤分束器以确保zui小光能量损失。为了可以zui大幅度进步全部零碎的信噪比SNR，完成零碎高技巧目标请求。光发射端采用EDFA提升发射光功率和信号光功率。光纤温度场信息采集子零碎包括半导体激光器及其脉冲驱动电路、压力变送器、光功率缩小器（EDFA）、光纤分束器、传感光纤及窄带光滤波器。激光技巧中激光高速调制与大功率输入是一对矛盾，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设计和完成困难。光通讯采用950 nm的高速调制半导体激光器则易于完成10 ns的脉冲输入。运用光功率缩小器提升光功率可取得瓦数目级光功率输入。
光电探测
主缩小电路重要完成信号光经光探测器转换为光电流方式，再经其本身带有的低噪声前置缩小后，输入差动方式的电平信号，进到宽带缩小电路。采用波长为150 nm的InGaAs高量子效率的APD及噪声的前放单元，完成微弱光信号的接纳转换和低噪声预缩小。
实例分析
高压力变送器电力电缆毛病少数是由于着火引发的，包括内内部火源。外部火源重要是电缆绝缘老化，引发发热着火。内部火源是指电缆隧道或电缆夹层内其他火源及隧道外各类火源。内部火源可使电缆表层着火，发生少量的热和烟。把抵达起火前的温度点设为闽值，超越阈值零碎收回警报。
散布式光纤传感零碎除使用于高压电力电缆测温外。还可监测电力零碎光缆。电力零碎光缆品种单一，加之我国地域宽广，各地环境差别很大，因此光缆的环境复杂，其中温度和应力是影响光缆功能的重要环境要素。因而，在监测光纤断点的一同也应监测光缆所处温度和应力状况，这对光缆的毛病预警及维护具有普遍意义。
散布式光纤传感器在高压电力电缆中的装置法通常有表贴式和内绞合式。电缆外部的内绞合光纤能对负载的变化做出疾速呼应，而绑缚在电缆外表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，没法真实跟踪负载的实时变化状况，仅能反映电缆四周环境的温度变化状况。
完毕语
基于散布式光纤传感技巧的测量零碎已普遍使用于多个范畴。散布式光纤温度测量零碎能在整条光纤的长度上，以间隔的陆续函数方式给出被测温度随光纤长度方向的变化信息。将其使用于电力零碎电缆、铁塔等设备，实时测量其温度、压力等参数，并及时排险，从而尽能够增加经济损失，为电力设备平安运转提供保证。
此次实例讲解是*次开始实例讲解之路，肯定有许多需要修改的地方，请各位读者多多建议。