光纤测温原理

2024-01-13 来源：乌哈旅游

分布式光纤测温的原理以及在隧道火灾报警的应用

1. 分布式光纤电缆温度检测系统技术介绍 ........ 1 2. 隧道在线温度监测 ........................ 2

a) 传统检测手段的局限性 .................................................................................................................2 b) 采用ROTDR光纤传感检测的优势 ................................................................................................2 c) 监测系统设计方案 ........................................................................................................................4 e) 应用小结 ......................................................................................................................................5

3. 分布式光纤隧道火灾报警系统产品介绍 ........ 5

a) EC850/860分布式光纤隧道火灾报警系统的主要特点 ................................................................... 10 b) 我们分布式光纤隧道火灾报警系统的创新之处 ............................................................................ 11 c) 我们分布式光纤隧道火灾报警系统的主要技术指标: .................................................................... 11 d) DTS隧道火灾报警在国内外的各种认证 ....................................................................................... 16

1. 分布式光纤电缆温度检测系统技术介绍

目前，已经可以提供基于拉曼散射技术的温度传感系统ROTDR(Raman Optical Time-Domain Reflectometry)，其系统结构如图1。

图1拉曼散射温度传感系统结构

ROTDR有以下几个特点：



分布式——ROTDR实现了最大空间分辨率1m的分布式温度测量。根据现场情况，应用各种特定的铺设方式，可以避免监测点选择的主观臆断，能够对结构整体情况进行监测。



测量的单一性——温度测量结果与应力、压力、损耗等参数无关，在工作环境

恶劣的混凝土内部仍然正常工作

 长距离——最长可达30km。铺设简单，无论使用单模或多模光纤，根据具体工

程情况，可以找到合适的光纤和铺设方案。



测温范围大——利用最新的光纤制造技术，温度测量范围在-200～1000℃之间可选。

2. 隧道在线温度监测

概述：光纤传感器因其不受电磁干扰、不导电、安全防爆、长距离传输等特性，特别适合在消防行业使用

a) 传统检测手段的局限性

分布式光纤系统与传统线性感温电缆的比较 DTS分布式光纤温度监测系统可任意设定多级定温报警值及温升速率报警，实时显示温度分布曲线，在火灾发生前做到早期预警。准确及时地定位温度异常事故判断点，并显示该点温度读数及位置，响应速度快，无误报。仅利用一根光缆即可完成对使用及维护整个探测回路的监测，系统运行稳定可靠，免维护。通过选择合适的探测光缆，使用寿命在报警后能继续使用，不锈钢外护套光缆使用寿命超过30年。光纤不受电磁干扰，本征安安全可靠性全，适用于特殊危险场合，无误报。直线悬吊安装，不需要与电安装 b) 采用ROTDR光纤传感检测的优势



传统线性感温电缆只能根据绝缘层的材质被动地选择报警温度值，而不能根据环境设定，报警时往往已形成大灾。不能准确定位事故点位置，只能判断火警区域，无法反映温度实时状况，经常误报。多路分区曲线，系统结构复杂，故障率高，维护较困难。报警后，感温电缆即损坏，在潮湿，腐蚀性场合，绝缘皮极易损坏，最长寿命只有几年。因绝缘皮老化和电磁干扰等诸多因素，极易产生误报，并因其带电，故不适用于特殊危险场合。正弦波方式紧贴敷设，安装难度大，同时影响将来电缆的改装。报警方式缆紧贴敷设，不影响电缆的安装和今后的改装。分布式——后端仪表获得在传感光纤所处的空间曲线的温度分布场，有别于

传统的点式温度传感通过数据处理获取温度分布，ROTDR测量得到的每一个点的温度值都是真实的；



定位—— 根据ROTDR的原理，沿着光纤的温度变化是通过光的反射和散射（类似雷达原理）来确定的，因此可以简单地和迅速地定位异常温度的位置

测量的单一性——温度结果与应力、压力、损耗等参数无关，在工作环境恶劣的工况条件下仍然可以正常工作

长距离——最长可达30km。可以适用于大范围，多测量点的应用场合。布设简单，无论使用单模或多模光纤，根据具体工程情况，可以找到合适的光纤和布设方案。



温度测量范围大——利用最新的技术和特殊测温光纤，温度测量范围可在-200～1000℃

整根光缆不仅用作信号传输，更全被用作温度探测用，感温探测覆盖范围为其全长100%，报警区域的设置可以通过软件在光缆全长内自由设置，报警定位精度高，其探测区域最小可达1米，无论现场分区怎样变动，皆能满足要求



对每个分区的报警探测逻辑可以实现分区内最大温度（定温）、分区内温升速率（差温）、分区内最高温度与分区平均温度之间差值（分区温度均匀程度）三种方式的任意组合，保证实现早期和可靠的报警

对隧道等线形空间提供火灾蔓延方向判断功能，方便应急监测系统及时做出正确反应；

对光缆全线提供连续的温度监测，而且系统兼备故障自检测功能，光缆发生故障时可以在光缆全长曲线上指示出断点的具体位置，有利于系统的故障监测与迅速维修；



系统安装非常简便，信号传输和探测用一根光缆，安装至现场仅需将探测光缆固定即可轻松完成安装工作；

探测部分完全采用光传输方式，光纤本征安全防爆防雷，并可以完全杜绝电磁干扰影响；

光缆耐用性设计优异，探测光缆的寿命可达30年之久，对环境影响如温度，压力和湿度波动有抵抗力，同样也适用于较多灰尘和含有腐蚀性物质的空气中；

系统集成方便，直接以通讯接口与常规火灾报警系统连接。此外，DTS系统支持开放的通讯接口，易于实现控制器一级的系统集成。

分布式感温光纤是高速公路隧道火灾监测的最佳方法，在国家消防规范中明确提出：在隧道火情系统监测上推荐使用光纤分布式温度监测系统。



c) 监测系统设计方案

用于公路、铁路, 电力隧道，电缆沟及地铁内火情监测的探测光缆的敷设方式如下图所示：

采用在隧道顶部悬吊，并沿直线敷设的方式。接线盒

安装图

探测光缆的位置

探测光缆通常需安装在隧道顶部中心线或附近，局部中央有热源（如照明灯具）区

域，应避开30-100cm为原则。

探测光缆通常需距离顶部15mm-150mm（用户在定做悬吊线夹时要注意），以保证良好的通风及快速响应。

探测光缆

截面图

温度传感光纤使用了特殊的护套，在保证能够良好的传导热量的情况下，可以保护光纤不会受到环境影响。分布式光纤温度传感技术完全可以在高温、高压、高腐蚀、高湿度等恶劣的工况下正常工作。而后端仪表可位于现场室外或机房内部，在并各种工况条件下就可以长期正常工作。

e) 应用小结

分布式光纤温度传感系统能够有效的监测隧道内的温度变化情况，针对可能发生的火灾隐患进行预警。它打破了传统的点式温度传感的局限，具有分布式、长距离、长寿命、高性价比、高可靠性的特点。

尽管初期投资较大，但后期的维护费用非常简便和低廉。温度传感光纤只要没有发生严重的事故，可以持续使用多年，而不必定期更换或者在发生事故后进行更换。此外，可以使用光纤设备探测传感光纤的损耗情况，判断其工作状态，而无须现场进行检测。系统的性价比要远远高于传统的点式温度监测系统。

3. 分布式光纤隧道火灾报警系统产品介绍

EC850/860分布式光纤隧道火灾报警系统：集成徳国AgilentGmbH技术，实施光系统设计，根据需要加入其他传感器以及二次软件开发以提高测量系统的附加价值。

室内分布式光纤隧道火灾报警系统

主机型号

室内系统  EC 850-D01-C01  EC 850-D02-C02  EC 850-D04-C04  EC 850-D08-C06  EC 850-D12-C08

室外系统  EC 860-D01-C01  EC 860-D02-C02  EC 860-D04-C04  EC 860-D08-C06  EC 860-D12-C08

选件距离通道

1公里 1通道, 可选1, 2,4,6 或8通道 2公里 2通道, 可选1, 2,4,6 或8通道 4公里 4通道, 可选1,2,4,6 或8通道 8公里 6通道, 可选1,2,4,6 或8通道 12公里 8通道, 可选1,2,4,6 或8通道选件距离通道

1公里 1通道, 可选1, 2,4,6 或8通道 2公里 2通道, 可选1, 2,4,6 或8通道 4公里 4通道, 可选1,2,4,6 或8通道 8公里 6通道, 可选1,2,4,6 或8通道 12公里 8通道, 可选1,2,4,6 或8通道

在严酷沙漠环境中，安装在室外的分布式光纤实时温度检测系统

a) EC850/860分布式光纤隧道火灾报警系统的主要特点

1. 可靠性高:

采用寿命大于60年的半导体激光器, 可靠性高。而通常DTS内部使用的激光源只有4-5年的寿命。全部核心光学部件全部密封确保高可靠性和长寿命。光开关通过1亿次开关测试（等于在最快十秒一次开关63年）。长寿命风扇确保在60度高温连续14年的工作寿命。该设计凭借我们在光通信领域20年的研发生产OTDR的成功经验 2. 使用环境广:



第一个提供真正的室外DTS的厂家, 仪表的工作温度范围从-10到 60°C，满足IP66/NEMA4的室外标准。

业内最宽的工作温度，并保证测试的重复性，可以忍受风雨,灰尘,高温,



冲击和振动

业内最低功耗可以使用太阳电池供电无需额外的制冷系统延长使用寿命无硬盘, 专业工业仪器设计

工业级实时嵌入式操作系统, 热备份和断电自动恢复, 不会受病毒感染

3. 结构设计合理:    

标准的通信接口

4. 方便快捷的本地维修, 校准和技术支持中心 

在上海设有维修点, 降低维维护成本和缩短维护时间

5．确保工业界最低的维护和保修成本  凭借最先进的设计和生产工艺确保最高的可靠性

b) 我们分布式光纤隧道火灾报警系统的创新之处

 高度集成的光学构件全部密封并充满惰性气体, 扩大了工作环境, 防止在灵敏的光学器件上的凝结

 工业级实时嵌入式操作系统, 热备份和断电自动恢复,不会受病毒感染  单接收机设计，实现的长期稳定性，消除了跟踪问题  可对测温光缆进行分区校准,最多可到16区

 温度参考设计和温度稳定器件, 对工作条件不敏感, 重复性好  室外系列:针对恶劣环境设计, 可以工作在严酷环境  超低功耗, 可以使用太阳能电池

 内置的开关配置可多达8个通道, 并可以扩展.

 可以自由定义告警条件, 准确地选择性的激活安全或消防预警系统

 操作界面友好, 操作简单，灵活开放的数据接口支持无线或光通信接口

c) 我们分布式光纤隧道火灾报警系统的主要技术指标:

• • • • • • • • • • • • •

空间分辨率低于:1m

温度分辨率低于0.1度并在单次测量提供几千点测试数据温度测试重复性: +/-0.5K

测试温度范围: -250 to 750°C 测试长度目前15公里

操作温度范围: -10 to 60°C 工作电压: 10 to 30 V DC

电源: 15 W

传感器通道数: 1, 2 , 4或8, 可扩展可自定义告警条件启动告警自动记录测试数据

标准USB / Ethernet接口, 可扩展

激光器等级:1M (该级激光器为安全的低功率激光器。除避免直视激光

束，不用采取任何控制措施和监管。在施工,使用和维护中不需要特别的安全措施和严格控制。即使发生光纤意外断裂事故, 导致激光束外泄, 也不会造成

人体伤害和火灾。)

全球最领先的核心制造工艺和技术确保核心器件最高的可靠,重复和稳定性(德国)

简单易用软件界面(有中文版)

工业最严格的测试环境和条件

冲击和坠落测试所有六个方向(面), 从0.93米高度, 通过高达240重力加度

震动测试

通过5-500Hz震动频率, 高达0.02g/HZ

高低温,循环及潮湿测试

通过-15 到65度工作温度和-40到80度存储温度, 高达95%r.H.湿度,90%超级浸泡测试65度/24小时

电磁兼容性测试通过电磁传导,辐射,杂波干扰等测试

d) DTS隧道火灾报警在国内外的各种认证

1. VdS国际消防认可证书（VdS 是面向消防安全技术的一家独立性的、国际公认的

测试权威认证机构）

2. 中国国家消防电子产品质量监督检验中心的检验报告

3. 中国本地校准实验室认可证书（中国实验室国家认可委员会） 4. ISO 9001:2000质量认证证书和ISO 14001:2004 环境认证证书 5. 欧洲CE认证证书 6. 北美UL认证证书

7. RoHS 认证，符合欧盟《电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令》 8. 德国安全鉴定委员会（DAR）的产品安全测试报告 9. 欧盟授权的机构出具的防爆证书EX 10. 国网武汉高压研究院试验报告 11. DTS生产测试报告和证书

12. 上海电缆隧道工程用户现场验证报告 13. 国内外部分用户清单

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