[发明专利]分布式光纤系统的温度监测方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及电力系统的温度测量技术领域，尤其涉及利用分布式光纤系统进行温度监测的方法。

【背景技术】

在电力系统中，高温、火灾是影响电力系统安全运行的常见事故。所以温度在线监测的质量是影响电力系统安全运行中很重要的一个方面，如果能在安全事故发生早期通过温度测量进行预警并迅速采取措施，就能有效避免此类安全事故。传统的测温方法是将点式感温元件如热电偶装在电缆或电力系统重要部位进行测温，或使用光纤光栅和准分布式测量的方法进行测温。但是这些测温方法只能对电力系统局部位置进行测温，而无法对整个电力系统实现温度在线监测，且在经济性和实用性方面都有一定的缺陷。而分布式光纤测温系统能够实现多点、在线的分布式测量。分布式光纤测温系统利用光纤即可感知温度信息又可传输温度信息，具有耐高温、防电磁辐射、高带宽等特点，从而大幅提升了温度分辨率和空间分辨率，有效地解决了长期以来现场出现的高温、燃烧、爆炸等事故应急不备的问题。在电力系统中，在高压电力电缆、电气设备因接触不良易产生发热的部位、电缆夹层、电缆通道、大型发电机定子、大型变压器、锅炉等设施的温度定点传感场合，这种光纤传感技术具有广泛应用前景。

在分布式光纤测温技术中，主要有基于拉曼散射的分布式光纤传感技术、基于布里渊光时域反射（BOTDR）技术的分布式光纤传感技术和基于布里渊光时域分析（BOTDA）技术的分布式光纤传感技术。

图1是基于拉曼散射的分布式光纤传感技术的传感器的基本结构框图。在基于拉曼散射的分布式光纤传感技术中，光通过光纤时，光子和光纤中的光声子会产生非弹性碰撞，进而发生拉曼散射，产生了长波长斯托克斯光（Stokes）和短波长反斯托克斯光（anti-Stokes）。斯托克斯光与反斯托克斯光强度之比和温度的关系可由下式表示：

R(T)=Ps(T)Pas(T)=(λasλs)4exp(-hcvkT)---(1)]]>

式（1）中P_s(T)、P_as(T)分别为Stokes光和anti-Stokes光的强度，λ_as、λ_s分别是anti-Stokes光和Stokes光的波长，h为普朗克常数，c为真空光速，v为拉曼散射频移，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度。基于拉曼散射与温度的关系，结合光时域反射技术就构成了分布式温度传感器；采用斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比可消除光纤的固有损耗和不均匀性所带来的影响。可是基于拉曼散射的分布式光纤传感技术存在以下问题：拉曼后向散射系数太小，散射光比较微弱；检测响应时间较长；脉冲激光源的峰值功率需要相当高，较难实现。