DTS光纤测温主机传感器说明书.doc

FGC系列分布光纤温度传感器系统 使用说明书 中国计量学院光电子技术研究所 1997·6 目 录 一．概述 二．主要技术性能和参数 三．系统工作原理 四．系统的结构及组成 五．信号处理软件 六．系统操作方法与步骤 七．系统使用注意事项 一．概述 FGC系列A分布光纤温度传感器系统是一种用于实时测量空间温度场的传感系统，在系统中光纤既是传输媒体也是传感媒体。利用光纤的喇曼光谱效应，光纤所处空间各点温度场调制了光纤中传输的光载波，经解调后实时地显示光纤所在空间的温度值（类似于光通信系统）；利用光时域反射（OTDR）技术，由光纤中的光传播速度和背向光回波时间，能对所测各温度点定位（类似于光雷达系统），在2Km长的光纤上可实时测量1000个点的温度并进行定位；利用Rayleigh散射OTDR技术可以确定光纤受压、应力和弯曲的情况。由于系统具有防燃、防爆、抗腐蚀、抗电磁干扰、在有害环境中使用安全，实现实时快速多点测温并定位，具有程控报警电平，系统本身具有自检测（即使光纤系统受损或断裂，能自动检测断点位置，系统仍能工作）、自标定和自校正功能，是光机电、计算机一体化技术。 近年来已开始应用于各种大、中型变压器，发电机组的温度分布测量、热保护和故障诊断；大型仓库、油库、危险品库、大型轮船的货轮、高层建筑、煤矿、隧道和输油管道的火灾防护及报警系统；化工原料及油料生产过程中的在线、动态检测；把它作为一种典型的机敏结构（smart structure）用于航空、航天飞行器的在线、动态检测系统和机器人的神经网络系统。 本系统已于1994年7月正式经过国家技术监督局鉴定，鉴定的主要结论为：该系统是国内外首次正式鉴定的光机电和计算机一体化的分布光纤传感器系统，综合技术指标优于国内文献报道的同类系统，相当于国外当前水平。 二．主要技术性能和参数 测温范围：0—100℃（可扩展到－50℃—＋150℃） 温度不确定度：±2℃（≤1km）、±3℃（1km - 2km） 温度分辨率：0.1℃ 空间分辨率：光纤探头5cm 自由展开光纤8m 5．采样速率（空间采样间隔）：50MHz（2m） 光纤长度：2km（可扩展到10km） 测量时间：40s(16k) 8．系统动态范围：20dB 9．电源：220V±10%，50Hz±5%；电流：1A 10．外形尺寸：380×460×160（mm） 11．重量： 5Kg 12．环境条件：运行温度：20℃±10℃ 贮藏温度：-10℃—＋50℃ 运行湿度：30%—80%（无冷凝） 贮藏湿度：10%—85%（无冷凝） 本系统采用双通道、双波长、高速瞬态采样、信号累加方法实现实时多点温度在线检测。 三．系统工作原理 在系统中，温度信号通过自发Raman散射效应调制了光纤中由脉冲激光产生的自发Raman光子数，经解调后得到空间温度场分布的信息。 1.调制方法： Anti-stokes Raman 光子数： （1） Rayleigh散射光子数： （2） 式中：：入射进光纤每个激光脉冲所包含的光子数； 、：分别为光纤反斯托克斯和瑞利散射截面有关的系数； 、：分别为反斯托克斯Raman和瑞利光子频率； ：与光纤分子（以SiO2）Raman散射相关的分子上、下能级的布居数有关，分子能级上的布居数与温度有关： （3） 其中：为Raman声子频率，h为Planck常数，K为Boltzmann常数 2、解调方法： 有二种解调方法，设光纤上某局部位置的起始温度为T0 ，之后上升到T，用Na(T0)来解调Na(T)： （4） 在(4) 中，对SiO2分子来说Raman 声子频率=1.32×1013Hz，若起始温度已知，通过测量即可由(4) 中确定待测光纤温度。为了消除系统的不稳定性以及环境的干扰，光纤在测量过程中弯曲、受压等变化因数，常常采用双通道方式：用Rayleigh散射光子数来解调Anti-stokes Raman光子数 （5） 3．在时域里，Raman OTDR曲线和Rayleigh OTDR曲线 采用OTDR技术，在时域里考虑到光纤的损耗Anti-stokes Raman 和Rayleigh散射光子数（1）（2）式改为： （6） ( 7 ) 其中：、：在光纤中入射光子、反斯托克斯Raman光子的平均传输损耗；在时域里，（4）（5）式不