光纤测温

分布式光纤感温测漏监测系统

分布式光纤感温测漏监测系统将实现以下功能： 1）对供热管网温度连续在线监测，实现低温或高温早期预警，预警、报警时将信息及时上传。 2）温度超限报警、温升温降速率超限报警功能，根据需要设置、调整报警阈值，过冷过热时，系统自动启动报警装置。 3）软件简单易用，有良好的人机操作界面，以电子地图方式直观显示管道的具体位置及名称，过冷过热时，能够准确定位故障点，指导检修工作。 4）系统能建立每条管道、每个分区的历史档案，能根据历史数据预测分析管道在不同环境条件下的温度变化规律，有利于积累经验，为事故趋势分析提供依据。系统具有数据查询、备份、报表打印功能。 5）具有局域网络标准化通讯接口，可联入企业其他业务系统，实现信息共享。系统支持远端监控和管理。 6）具有自检、标定和校正功能，可判断光纤故障点，便于维护。 7）易于安装、维护成本低，使用寿命长。 8）技术先进，性价比高，工作稳定可靠，支持 7*24 小时连续运行。 9）可与电子地理信息系统对接，供热管道发生泄漏位置可直接显示并实现准确定位。 连续分布全光纤感温技术还有以下特点： 1）连续性 连续分布全光纤感温系统是基于光纤作为测温媒质的。整条光纤既是温度传感器（相当于光纤上的每一点都是温度传感器），又是温度信息的传输载体。因此，与用点式传感器作为测温元件的技术相比，其最大的技术特色是它能够实现连续地点测温，即测得光纤敷设沿线任意一点的实时温度，可以灵活地测量点、线、面上的温度分布。 2）扩展性 由于光纤的连续分布感温特点，使得其非常容易扩展监测点。与点式传感器的测温方式不同，它不会受到单通道最大布设探测器数量的限制。当用户希望在光纤敷设沿线或在开关柜里多增加一些监测点时，很容易实现。 3）安全性 光纤本质安全，良好的耐高压绝缘性能、憎水性能，使得其能够直接安装在高压带电体上进行接触式测温。另外，由于光信号不受任何强电磁场的干扰，保证了检测和传输的快速、灵敏、准确。光纤技术在测温现场无需其他电子设备，真正实现了无电检测。 4）易用性 连续分布全光纤测温系统所使用的光纤，在非人为损坏情况下，使用寿命长达20年以上。既使因设备检修造成了光纤损伤，更新的方式简单，成本低廉，这是其他传感器件和传感技术所无法相比的。另外，系统采用了特有的分时回路技术和隔离技术，可以保证光纤检测线路上某一点出现故障时，在电气设备无法停电检修的情况下，不影响其他被监测设备的温度采集。 5）可靠性 分布式光纤测温系统在设计、生产上，遵循企业、行业、国家相关标准，保证产品的质量和系统运行的安全性、稳定性。该系统已通过了技术检测，多项技术指标达到国内先进水平，目前，系统已应用于电力、冶金、石化、广播电视等行业，受到用户的好评。  

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分布式光纤高压电缆测温

高压电缆分布式光纤测温，电缆的温度监测是对于电缆很重要的一个参数，华光天锐的分布式光纤测温装置监测距离长，定位精度准确，厂家自主研发，生产价格合理。 高压电缆是城市输电线路的重要组成部分，与架空线相比具有结构紧凑、占地少、电气机械性能优异及使用寿命长等优点，随着城市化进程的不断推进，在城市电网中应用得越来越广泛。高压电缆运行电压高、输送容量大，且运行过程中故障具有随机性强、预测难度大等特点，一旦电缆发生绝缘击穿或短路故障就将诱发火灾，扩大故障影响范围，损失巨大。传统电缆故障查找和处理均在电缆停电或故障状态下进行，不能对运行电缆线路中的潜在故障进行检测和判断。近几年的高压电缆故障统计表明，电缆发生绝缘击穿或短路故障前，电缆本体会出现局部过热现象。为此，通过监测电缆表面温度变化情况，及时掌握电缆运行状态对于提高电缆线路运行可靠性具有实际工程意义。 电缆分布式光纤测温系统的特点 1、实时在线监测：分布式光纤测温系统可以对监测温度区域的温度进行全天候实时监控，及时发现并定位温度异常点，做到早期预警； 2、分布式监测：电缆光纤测温系统为分布式测温，提供连续的动态监测信号，可以实时测量到被监测物体固定间隔1米左右每个监测点的温度变化； 3、光纤通用性：分布式光纤所使用的光纤本身既是信号传输，也用于监测温度，传感，通过采用不同的铠装材料，分布式光纤测温系统可以适应各种环境； 4、分布式光纤监测准确高：分布式光纤测温系统的测温精度，定位精度高； 5、分布式光纤系统主机功能齐全：系统主机上的应用软件可设置多级温值报警，并且可以根据客户需求进行调整；并可按照用户要求进行设计； 6、多通道监测：分布式电缆监测系统可以对多通道电缆进行实际的测量，根据实际需要，选择多多通道系统，有1、2、4 路等多种可以选择； 7、光纤测温系统接口丰富：系统支持以太网、RS485等接口，向终端用户控制系统提供分区、温度及报警信息； 8、光纤测温系统耐用性强：铠装感温电缆在不受外力破坏的前提下，使用时间可达30年. 与传统温度检测技术相比，分布式光纤测温系统具有抗电磁干扰能力强、体积小、重量轻、耐化学腐蚀、灵敏度高及响应速度快等优势。分布式测温不局限于有限测试点的温度测量，可实现电缆线路全线的温度分布测量，掌握电缆实际运行工况。

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分布式光纤振动传感器的原理

分布式光纤传感器的特点 分布式光纤传感器是光纤传感技术的重要分类，分布式光纤传感器与传统传感器相比，分布式光纤传感器具有无源、抗电磁干扰强、灵敏度高、耐腐蚀、测量距离长、定位精度高、连续分布式测量、使用寿命长等特点。 分布式光纤振动传感器原理 分布式光纤振动传感器是基于相干瑞利散射的分布式光纤传感器。光在光纤中行进时，由于光纤的不均匀性，光会产生散射。当外界振动作用于传感光纤上时，光纤的折射率、长度将产生微小变化，从而导致光纤内散射信号的相位变化，进而检测到光强的变化。 振动信号通常的变化比较小，光纤监测系统使用的是窄线宽脉冲相干光源，需要监测振动的物体会让脉冲宽度区域内相关的光纤瑞利散射的信号相位有变化的产生，振动的幅度和相位变化是同步增加的，分布式光纤振动传感分析系统通过检测物体振动前段和后段的的散射光信号的相位变化的不同，就可以准确精确的监测需要感应的振动，同时可以感应不同多点振动事件，并且同时精确无误的定位。 分布式光纤振动传感器的特点 分布式光纤振动传感器以其连续性、经济性和安全性等特点，在长距离、大范围，对安全性、维护性要求高的领域，具有独特的优势，在油气管线、高铁围栏、机场、监狱、军事基地等领域的安全防范，以及土木工程和建筑行业的结构健康监测，具有很好的应用前景。 分布式光纤振动监测周界防范系统的应用 分布式光纤振动监测周界防范系统主要针对目前安防产品存在灵敏度低、定位精度不高、测量距离短的现状，专门开发的具有国际水平的高性能分布式光纤振动监测系统。分布式光纤振动监测周界防范系统利用光纤作为感应体，通过发送预定重复率的相干光脉冲进入光纤，能探测发生在光纤上的各种振动信号，可以广泛应用于管道防护、边境防卫、周界安防、机场和监狱等领域。

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分布式光纤温度测量技术应用大学城220V电线电缆解决方案

随着电网的快速发展和城市网络改造过程的加快，电网中电缆的比例显着增加，电缆火灾事故的发生频率也随之增加。传统的电缆防火方法是在电缆的裸露部分安装防火盒，但这些方法非常被动，效果不明显。不可能及时了解电缆温度，也不能有效防止火灾事故。因此，为了有效防止电缆火灾事故的发生，有必要设计一种智能光纤温度测量系统，实时监测电缆的温度。分布式光纤测温技术是一种较好的电缆温度测量技术，在国内具有广阔的应用前景。 分布式光纤温度测量技术原理 分布式光纤温度测量技术是一种实时、在线、多点的光纤温度测量技术。它能实时监测空间温度场。它是一种新型智能电缆温度监测技术，广泛应用于工业过程控制。分布式光纤温度测量技术可以实现电缆温度测量中光纤沿线测量点的连续实时测量。电缆温度实时测量可在1-30公里范围内实现。空间定位精度小于0.5米，温度分辨率高达0.5摄氏度，可实现电缆温度的实时连续测量。连续、自动测量，在广泛的多点测量应用中效果更佳。分布式光纤温度测量技术主要应用光时域反射原理和光纤后拉曼散射温度的影响。分布式光纤温度测量技术作为一种新型的智能温度测量技术，具有许多优点和特点。分布式光纤温度测量技术可以实现大规模、多点、高精度的温度测量，可以实现自动测量，为电缆绝缘在线检测提供可靠的技术支持。 分布式光纤温度测量技术的应用 以大学生城市220KV 1号线和2号线隧道环境监测系统为例。系统环境是220KV线路1和2线的架空线与电缆线混合的线路，电缆部分位于整条线路的中间。电缆的程度是1.7公里。整个监控系统由计算机，可编程逻辑控制器（PLC）和分布式光纤电缆温度测量系统控制。电缆的温度，隧道中的水，可燃气体和其他电缆环境。通过计算机软件和PLC进行监控，实时远程监控，分析电缆隧道潜在危险的发生，远程报警信息。该系统主要包括计算机，光纤通信，传感器等，由主机，多路开关等组成。 分布式光纤温度测量系统的布置 整个电缆温度测量电缆的长度为4.2公里。电缆的两个核心用作通信信道，温度信息连接到供电公司的局域网，并配置相应的设备。具体结构如图1所示。 分布式光纤测温系统的实现 采用带485总线的可编程控制器（PLC）连接温度测量系统的上位机和传感器。各测量单元、上位机和温度测量控制层连接成一个完整的网络系统，实现集中测量和报警信息的集中显示，实现集中管理和控制效果。 分布式光纤温度测量技术可以实现自动、连续、实时的监测，及时掌握控制区内电缆的温度变化，对各种危险信息及时预警。主机放置在室内工作站中。感温电缆与主机相连，沿电缆敷设。每0.5米设置一个监测点，进行连续监测，充分了解电缆的工作情况，及时将监测点的电缆信息传送到监测控制站，显示监测信息。如每月报警数据、事故报警数据、异常电缆温度、平均电缆温度数据等。温度传感器具有优良的热传导、机械化等特点。它们不仅可以传输温度信号，还可以传输信号通道。它们可以在电缆的不同位置接收光纤发出的信号，接收温度信息，并在各种复杂环境中监测电缆温度。 光信道切换多路复用器是一种控制光路的装置，起到切换光路的作用，不受外部波长等的影响，具有较高的测量精度，可与温度测量主机连接，并执行功能切换。 。选择起始通道和结束通道，并通过光学开关自由切换。主界面可以显示当前电缆的实时监控温度变化。 当温度测量系统中电缆温度异常时，首先记录异常温度数据和具体位置信息，对异常数据进行分析和分类，并及时发出报警信息。其次，通过继电器传送声光等报警信息，通过以太网将报警信息传送到已建立的地址。报警信息通过COM端口及时传输到工控站。在处理报警信息的过程中，可以对电缆温度测量数据进行分析。 分布式光纤温度测量系统可以在任何复杂环境中及时获取电缆温度信息和变化。温度测量系统可设置一个或多个监测点和报警温度点。如果环境中的电缆温度异常，当电缆温度异常变化时，如果电缆温度达到设定温度或超过设定温度，电缆的温度曲线将在工作站的系统中。显示，温度测量系统随时向PLC发送报警信息。内部程序在接收到各监测点的指令后，可根据设定的温度数据控制电缆的环境。它可以打开排气系统，自动关闭防火门，防止火灾蔓延，确保整个系统处于安全的控制和控制环境中。 分布式光缆温度监测技术由先进的DTS技术支持。电缆沿着电缆铺设。它可以实现沿着电缆的各个温度信息的连续性监测，并实时掌握电缆的动态信息和温度变化。配置电缆非常有价值。分布式光缆温度监测技术还可实现电缆温度变化的实时在线监测，并可设置多个监测点的预警信息，防止发生危险事故。根据电缆的温度，可以确定电缆的负载变化，优化电缆的负载，有效提高电缆的容量，提高电缆的使用效率。分布式光缆温度监测技术通过智能控制技术改善了传统技术的不足，提高了我国电缆的运行水平，降低了电缆事故的发生率。

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分布式光纤传感技术应用电力光缆网监测

电力光缆网的监测参量主要有光功率监测、温度监测, 应力监测等, 对各类型参量的量测通常由各个单一功能的仪器或设备单独进行。对多参量同时在线量测、智能化手段方面自动化水平较低, 而影响电力光缆网络的各种因素通常不是孤立存在。电力光缆网软件监测平台通常是针对单一功能的进行开发, 无法做到对温度、应力、舞动、振动、线路故障等状态参量的综合感知和分析, 无法满足电力系统对多种状态参量感知的需求。多参量传感设备监测, 可使量测的范围扩展至整个光通信网络, 能有效地降低运行成本。采用多种传感器来增加监测参量, 电力光缆网的监测成本会急剧上升, 进而从根本上阻碍光纤传感器在电力行业中的推广应用。 为了有效支撑复杂环境下的通信保障、重大活动保障, 在电力光缆网的多参量监测、超长距离监测、量测控制、配网监测、故障诊断分析等方面都提出了很多新需求。同时随着“大云物移智”等信通新技术的不断发展, 物联网产业快速增长, 多参量光纤传感技术实时感知整个光路运行状态, 同时的反应了对应的输电线路的运行状态。因此, 集成多种参量监测功能设备对光缆进行量测很有必要。目前, 对光缆的监测是通过对光缆内某一根光纤或是几根光纤的监测来实现整个条光缆的间接监测。根据被监测光纤的使用状态可以分为:在线监测、备纤监测、离线监测、混合监测四种监测方式。目前电力光缆网的监测主要采用光时域反射仪, 对光纤通信线路进行有效的故障识别和定位, 但是, 测量参量单一难以满足多参量和广域量测的需求。因此, 从电力光缆网状态监测的实际需求出发研究多参量分布式光纤传感机理和量测控制技术, 融合分布式光纤瑞利散射传感、布里渊散射传感和拉曼散射传感、光纤光栅传感技术等, 整合光纤传感器的硬件结构, 在通用架构的基础上兼容或扩充特征功能模块实现多参量传感和量测控制, 并拓展其智能巡线量测功能, 从而实现一台传感设备覆盖一个变电站内几乎所有光缆线路的监测能力, 降低系统部署复杂度。为电力光缆网监测提供可广域监测的、高可靠性、低成本且具有市场推广价值的监测设备, 具有重要的理论意义和工程实用价值。 分布式光纤传感技术应用电力光缆网监测 光缆网监测的主要目的是保证通信网络的可靠运行, 对现有问题及时发现, 潜在的光缆故障提前预警, 对故障点进行精确定位, 为光缆网运维人员提供依据。而电力光缆由于本身结构的特殊性, 通常是随电力系统输电线路走廊直接敷设, 因此也间接反应了输电线路的状态, 包括振动、温度、应力等, 因此, 与传统的运营商光缆监测要求比较, 电力光缆量测的参数要求更多, 环境更复杂。电力光纤传感分为点式传感技术和分布式传感技术, 点式传感无法实现宽范围无盲区监测, 分布式光纤传感技术, 利用光纤本身可兼做传感器, 监测可以做到沿整条光纤无盲区覆盖, 电力特种光缆本身受外力破坏的可能性小, 不受电磁干扰, 而且光纤资源丰富, 可靠性高, 依托电力系统自身的线路走廊, 无需另开沟道或专门架设, 不受电磁干扰, 而且光纤资源丰富, 具有重要的工程应用价值。 电力光缆中, 传输网中的OPGW具有电力架空地线和通信特种光缆双重功能, 它既是输电线路防雷保护的避雷线, 又是传输信息的电力通信线。无需要单独立杆塔、不占线路走廊, 节约了投资, 提高了线路走廊的利用效率, 具有非常高的可靠性和安全度、同时使用寿命长。但是OPGW再野外, 跨距长、地理条件复杂, 在极端天气下, 沿途地形地貌、气象条件、环境因素对线路影响大。外界因素所可能会引起的长时间光缆振动、覆冰、舞动等现象, 最终导致光缆线路故障。2008年冰灾, 由于线路覆冰, 当线路拉伸的应力超过耐张塔的承受范围, 导致耐张塔倒塌, 引起输电线路故障, 因此对电力光缆网的分布式监测, 同时也是间接反映了输电线路监测状态。另外, 雷击引起光缆断裂、短路电流引起光缆温升等事故也是影响电力光缆网故障的重要因素, 分布式光纤传感, 可对输电线路实现全范围无盲点监控。在电力系统中, 分布式光纤传感对在不同的场景中, 监测的参量需求重点不同, 因此, 需要一种综合量测统一平台, 实现对光缆线路的全面监测。 电力光缆网多参量量测设计 对于工程中实际应用的分布式光纤传感技术, 按照其传感原理有:瑞利光时域散射、瑞利光频域散射、拉曼散射、自发布里渊散射、受激布里渊散射、Michelson干涉、M-Z干涉、Sagnac干涉。基于光散射效应的分布式光纤传感技术, 在电力行业, 普遍应用的有:OTDR, 主要用于电网通讯光缆的损伤点检测;ROTDR, 主要用于输电线路的温度监测, 进而拓展到输电线路基于温度的火灾和动态载流量监测技术;BOTDR和BOTDA, 主要应用于输电线路的温度和应变监测, 该技术在输电线路的弧垂、温度、应变变形同时监测方面具有很高的应用价值。对于瑞利光时域散射、瑞利光频域散射、拉曼散射、自发布里渊散射、受激布里渊散射五种光散射型分布式光纤传感技术, 充分利用了光纤一维空间连续分布监测的特点, 获得时间和线性空间上的二维信息分布, 对大型基础工程设施及设备表面的典型部位进行感知、远程监测, 不需构成回路或双路, 工程现场应用方便。本系统设计目的是以综合多种量测的功能设备上, 实现数据统一量测, 数据的统一处理, 工程上可以实现统一部署, 从而降低整个系统的开发工作量和工程安装成本。 光衰量测 光时域反射技术利用向光纤中发送光脉冲, 同时在同步时钟的控制下通过测量探测光脉冲的背向瑞利散射信号功率的变化从而判断光纤沿线的事件如弯曲、熔接点、连接头、断裂处等。本方案在电力系统中应用最多的一种监测方案, 在广州市电力公司、成都电力公司、江苏省电力公司得到了广泛应用。其原理是利用同步时钟记录探测光信号在光纤中的往返时间, 由于每个时间点对应光脉冲在光纤中传播的位置, 从而实现对光纤沿线故障点的识别和定位。 温度和应力量测基于布里渊散射效应的分布式光纤传感器方案 布里渊散射是指光源发出的光波与介质内的弹性声波发生相互作用而产生的光散射现象。光纤温度量测是近年利用布里渊散射原理发展起来的长距离分布式光纤传感技术, 主要实现对温度和应变进行量测, 对应的监测设备可分为环路测量的布里渊光时域分析仪BOTDA以及单端测量的布里渊光时域反射计BOTDR。BOTDR进行量测时, 采用单端输入探测光方法, 利用探测光在传输过程中的布里渊散射来感知各位置的温度变化, 其优点是施工方便, 只需单端施工, 但随着距离增长, 返回的布里渊光强度会变弱, 信号检测难度大。而BOTDA进行量测时候, 需要使用两根纤芯, 使光纤形成回路, 优点是精度更高, 需要对端连接, 形成回路。布里渊原理实现的光纤温度量测是通常采用单模光纤, 实现长距离分布式温度和应变监测, 测量精度、空间分辨率等指标更优, 可以实现全程±1℃、1m的测温性能。 另一种常用的分布式光纤测温技术是基于拉曼散射的原理, 该方法也是一种常用的分布式光纤传感技术, 其原理是基于光纤拉曼散射。利用光纤的拉曼散射对温度有敏感特点实现温度监测。在脉冲光在光纤中传输时, 散射信号是连续, 利用OTDR计算散射点位置, 从而得到光纤沿线的温度分布。 振动量测 光缆分布式振动量测常用的是基于相位敏感OTDR技术的原理当由声音或物体振动产生的压力施加于传感光缆时, 将会同时引起光纤的振动, 由于介质中应力波的存在可改变介质的介电常数或光折射率, 影响光在介质中的传播, 导致传感光纤振动处的光纤折射率发生变化, 因而引起传感光缆中传输光的相位改变。将光纤作为相位调制元件, 根据光学原理, 由于外界的振动同时引起光纤振动, 光纤中散射光的相位将会发生变化, 通过监测光纤返回的瑞利散射信号的变化, 对同一监测点上的不同时刻的返回信号特征值进行分析监测, 实现整段光缆振动信息进行实时监测, 再通过OTDR技术, 将对应的各采样点返回的时间来换算成距离, 实现振动位置的准确定位, 也可通过测量注入的脉冲与接收信号之间的时间延迟计算振动位置。 多参量量测平台开发关键技术 依照系统实际需求, 系统中集成三种测试模块, OTDR模块量测光衰,......

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分布式光纤传感技术应用变电站地基沉降监测解决方案

为了解决某些建设在地势低洼地区变电站的地基沉降问题，利用分布式光纤传感技术，提出了一种变电站地基沉降监测方案。在介绍分布式光纤传感技术的基础上，研究了抗干扰能力强的应力光缆作为感应元件。分别介绍了地表变形监测光缆、深部变形监测光缆、基桩沉降监测光缆和连接光缆的布设方式。最后以两种类型的变电站作为试点应用对象，对监测结果分析表明，由监测定位图中的波峰和波谷位置可以判断光缆松弛程度，进而确定应变方向和幅值，提出的监测方案可以很好地满足变电站地基沉降监测的需要。可以为变电站地基沉降防治技术的进步提供参考和辅助。 变电站是电力网络的重要枢纽。随着经济社会的快速发展，土地资源日益紧缺，为保证高集中性电力负荷区域的正常供电，变电站有时被迫需要建设在某些特殊地质的地区。广东省珠江三角洲地区地质地基含水量高，软土层深厚，因城市发展变迁，某些软土层和河道冲积土壤层上兴建的变电站，存在地基沉降的问题。南方亚热带多雨气候加强了变电站的地质冲刷渗透，还容易导致地面建筑发生开裂倾倒等次生灾害，对变电站设备运行造成了潜在威胁。 要预防和治理变电站地基沉降问题，在落实各地变电站选址、建设施工和监理的同时，还需要重视变电站沉降问题的监测、预警和治理。目前变电站地质沉降监测手段主要有人工巡检、视频监控、地质位移监测等，存在实时性较差，无法及时发现和消除隐患，或者精度不足，现象特征不明显时较难判断等缺陷。近年来，分布式光纤传感技术由于其技术经济性好、监测距离远、可测量广域空间位置上的信号等优势，而得到推广应用。分布式光纤传感器技术基于光纤中的瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射等效应。基于瑞利散射的光时域反射测量传感距离和精度有限，基于拉曼散射的技术返回信号较弱，因此，这几年国内对基于布里渊散射光纤传感技术的研究较多鉴于变电站地基沉降监测的迫切需求，利用分布式光传感技术对变电站地基沉降展开监测的装置系统。该套装置系统可以降低变电站沉降灾害预防难度，掌握地质地基沉降对变电站设备的影响规律，为变电站防治地基沉降提供辅助决策和效果评估手段。 分布式光传感技术由于光纤材料本身的不均匀性，当光在光纤中传播时，会在除原始方向之外的其他方向上传播，这就是光在光纤中传播的散射现象。在各种散射现象中，存在一种布里渊散射，它是进入光纤中传播的光波和光纤内部存在的声波耦合作用的结果，最终导致散射光的频率相较于初始入射光产生了变化，二者之间差值的影响因素包括散射光的散射角度和声波特性等。 国内外的研究发现，光纤中布里渊散射光频率的变化量（频移量）与光纤轴向应变和环境温度呈现线性变化关系，在温度恒定条件下，光纤受到的拉伸应变量可由布里渊频移直接反映。 在设置温度参考的情况下消除温度的影响，就可以得到布里渊频移值与光纤中轴向应变之间单一的线性关系，通过感应元件测量得到在整个光纤中各个位置的频移值，即可推算出相应位置应变量的改变量，进而可以应用在相关的应力测 量 领 域 。 这 就 是 布 里 渊 光 纤 传 感 技 术］。工作过程可以简单描述为：利用窄带激光器产生初始光源，将其分成两路，一路光被调制成光脉冲，放大后沿传感光纤传输，用于产生反向的布里渊散射光信号进行检测；窄带激光器产生的另外一路光被制作成为频移光，并与布里渊散射光进行相干，将相干处理之后的信号输入到计算机进行分析，就可以得到温度或应变测量结果。BOTDA 系统是一个双端输入系统，传感光纤主要传导来自泵浦光和探测光之间布里渊频移携带的能量，如果泵浦光和探测光的频移值与布里渊频移值越接近，则传感光纤传导的能量值越大。在实际测量中，需要按照设定的特定数值逐步调节泵浦光和探测光之间的频率差值，一般采用扫频的方式，最终得到频谱图中各个频率值下面离散的点，进行拟合即可得到反映各位置频移值的完整的布里渊散射谱，最后根据线性关系通过计算转化成温度或应变值。 监测光缆 考虑到变电站基础沉降监测的监测对监测手段的精度要求很高，同时入地布设的监测单元要具有很强的抗干扰能力，而传统光纤较为敏感和脆弱，不能满足要求。为了施工和监测方便，本文研究设计出具有定点功能的应力光缆。该光缆具有分段标识功能，实际安装中，工作人员只需针对固定长度，通过特制卡具，将光缆与监测对象的主要节点依据现场房屋开裂情况进行连续布置，即可实现光缆与监测对象的充分耦合。通过分段固定光缆，可以实现监测区段的有效测量，为应变点定位和数据分析，尤其是变形量换算等提供方便。同时此种光缆可根据工程情况加入加强筋，保证光纤韧性，因此具有良好的机械性能和抗拉抗压性能，便于特殊条件施工，能抵御各种恶劣工况环境。 光缆布设方案 应力光缆作为传感单元具有无源、抗腐蚀、抗老化、抗辐射等优点，可塑性强，适合野外复杂地形地貌的部署，同时本文布设方案中采用的光缆既是传感光缆又是传输光缆，方便实现监测区及变电站机房内的监控主机的连接。根据现场安装调试情况，BOTDA 监测仪采用 0.5 m 的空间采样间隔，为了很好的识别出地表变形监测、深部变形监测和基桩沉降监测得出的微小变形结果，在施工中测量方式变化时都预留出至少2 m 的光缆，完成空间分辨率的识别及温度的校准。具体的光缆布设方案包括地表变形监测光缆布设、深部变形监测光缆布设、基桩沉降监测光缆布设和连接光缆布设。 地表变形监测 光缆布设 地表变形监测光缆可以监测滑坡水平方向变形情况，监测光缆采用 2 m 定点应力光缆铺设。 地表变形监测光缆布设方式 铺设光缆时，先沿设计光缆走向挖宽 17 cm深 10 cm 的沟槽，再将应力光缆铺设在地沟内，将铠装光缆铺设于沟槽内，并处于拉直的状态，在光缆定点处使用角铁和金属夹具将光缆与地层耦合，定点之间穿过 PVC 管保护；用原状土回填并压紧光缆，回填时用 BOTDA 监测仪测量光缆的应变量，以光缆产生小于 500 微应变（微应变：机械尺寸相对于原尺寸改变量的百万分之一）为佳；记录光缆的实际走向及标记，光缆铺设完成后，再将沟槽回填。 深部变形监测光缆布设 为了对缓变型、突发型基础沉降进行早期预警，本布设方案中现场采样深孔内沉降监测的方法，提早测量出变形区变形情况。 深部变形监测光缆布设方式 在布设深部变形监测光缆时，用钻机在选定位置钻一个直径 200 mm 的裸孔；采用重锤及钢管加压的办法将光纤放入 15 m 的孔底；为了增大测量范围，在布设光缆时选择布设 1 条 2 m 定点光缆和 1 条 10 m 定点光缆，并通过 BOTDA监测仪监测光缆的应变情况；之后回填钻孔，回填钻孔时需要计算好只在光缆节点位置填充 20cm 的粘土球，其余位置采用原状土回填，这样确保光缆节点与地层很好的耦合，同时需不断地调节光缆的松紧程度，使光缆产生的应变不大于500 微应变为佳。 基桩沉降监测 光缆布设基桩沉降监测的基本原理是先用钻机钻一个达到基岩的孔，再制作基准装，将监测光缆分别布设于基准装和待监测基桩之间，由于基准桩不产生沉降变化，通过 BOTDA 监测仪器监测光缆的应变变化，可以确定基桩的沉降变化。基准桩的制作方法是首先在距离高压设备 6 m 的安全位置用钻机钻一个到基岩的孔，深度约 19m，再用直径 160 mm 的钢管焊接后放入此处，在钢管内灌入混凝土，钢管距离地表的高度约 3m。基桩沉降监测光缆的布设方式在布设时，将角铁与基准桩的钢管焊接，角铁打孔后用螺丝固定好不锈钢滑轮；用不锈钢钢丝的一端吊上长 0.5 m 的水泥桩重物，另外一端与钢板连接，钢板与监测桩连接；将监测光缆的节点与监测桩的钢板通过金属夹具固定；将监测光缆的另一节点通过金属夹具与基准桩的角铁固定；基准装与监测桩之间的光缆用 PVC 管保护，PVC 管与钢丝之间固定；在BOTDA 监测仪监测的情况下调节拉紧装置，使得光纤产生的应变达到满量程的 1/20 为佳；最后依次固定其余 4 根监测桩与基准桩之间的监测光缆即可。 连接光缆布设 由于 BOTDA 监测仪器放置在机房内，沉降隐患监测区与机房之间有一定距离，故需安装布设监测光缆与监测仪器之间的连接光缆，连接光缆布设方式如图 6 所示。将应力光缆采用水平埋设的方式敷设于变电站内重点监测区域，部分光纤不适合埋入地下，需要在光纤表面熔接跳线，并添加一定的保护措施，一般在外嵌套一层金属软管或铠装金属波纹管均可。 连接光缆布设方式试点应用数据分析 110 kV 变电站基础沉降监测 110 kV 变电站位于工业区周边。110 kV 变电站由于沉降等原因，引起墙体有明显裂痕、裂缝产生，为了监测建筑物墙体变形情况，在建筑物墙体表面采用夹具固定的方式布设监测光缆；为了监测变电站外塔基沉降变形，布设基桩沉降监测光缆。通过BOTDA 采集数据，共有 1 541 个采样点，除监测光缆起始端和监测光缆末端外，将监测定位图分为塔基变形监测段、站内地面变形监测段和墙体变形监测段三个部分。 塔基变形监测段定位图中共有四个波峰，分别与布设的四段光缆相对应，三个波谷位置为预留的余缆，可以作为温度参考光缆。 站内地面变形监测段均处于不同程度的受拉状态，地表变形会引起此两段光缆的受拉程度发生改变，布里渊频移值产生会相应变化，通过其与应变的线性关系可以判断地表变形的方向和量值。 墙体变形监测段由张紧光缆段和松弛光缆段组成，张紧光缆为监测墙面变形的两端固定的光缆，数据体现为监测定位图中的局部峰值位置，松弛光缆为两固定光缆中间的连接光缆，可以作为温度参考光缆。墙面产生裂缝后光缆的松紧程度会变化，进而导致布里渊频移值变化从而推断出应变程度，由此可以判断墙面是否产生裂缝。 堤岸 220 k V 变电站基础沉降监测 供电局 220 kV 堤岸站位于铝材厂东南侧。站区地貌为山地及已平整土地。站址除东北角少量地段为地势起伏较大的丘陵外，其他地段为地形较平缓的丘间洼地，站内场地第四系覆盖层多为冲积、淤积成因，以粘性土、淤泥质土及砂为主，下伏基岩为白垩统砂岩。站区西南部所在位置原为鱼塘，建站时已被回填整平，目前该区域 220 kV 母线支柱的沉降较为严重，两根落差多有 10 cm 左右，20～30 m地面沉降显著，边缘围墙因沉降破损，围墙棱缘水平线上呈现波浪状。变电站外围边坡高度7～9 m，目前因边坡基础不稳固，没有修排水沟，植入的 PVC 排水管已出现明显变形与破损。为了在变电站内采用分布式无源光传感技术监测变电站地质基础沉降灾害，实现变电站地质基础沉降灾害在线监测，通过 BOTDA 采集数据，共有 2 031 个采样点。除监测光缆起始端和监测光缆末端外，将监测定位图分为基桩变形监测段、深部变形监测段和地表变形监测段三个部分。基桩沉降监测段共设置有 5 个基桩，它们的监测数据特征相同，为两个波峰中夹一个波谷，波谷位置为监测桩基顶部预留的余缆，可以作为温度参考光缆。 深部变形监测段的波峰位置为地面以上光缆的悬挂点，该悬挂点待回填土完成自然沉降后放松，此段的光缆均处于不同程度的受拉状态，深部沉降会引起受拉程度逐渐降低。 地表变形监测段的波谷位置为靠近围墙的松弛段，松弛段两侧为两条沟槽内的监测光缆，此两段的光缆均处于不同程度的受拉状态，地表变形会引起此两段光缆的受拉程度发生改变，由此可以判断地表变形的方向和量值。 提出了一种利用分布式光纤传感技术，利用布里渊散射光的频率值与应力变化的线性关系，对变电站的基础沉降进行监测。为了提升光纤的抗干扰能力并满足精度要求，设计了一种具有分段标识功能的应力光缆作为感应元件。分别介绍了地表变形监测光缆、深部变形监测光缆、基桩沉降监测光缆和连接光缆四种光缆的布设方式，并通过在两种变电站环境下的试点应用结果，验证了分布式光纤传感技术在变电站基础沉降监测中具有良好的效果，为提升变电站基础沉降故障监测能力提供了新的方案。

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DTS分布式光纤温度探测技术矿用隔爆兼本安型光纤测温控制柜

矿用隔爆兼本安型光纤测温控制柜是分布式光纤温度探测( DTS) 技术在火灾报警领域的具体应用，主要用于煤矿采空区、密闭区等区域的温度探测。 矿用隔爆兼本安型光纤测温控制柜包括电源系统和分布式光纤测温系统，电源系统主要把煤矿电源设备提供的外部电源输入转化为本安电源输出和非本安电源输出，为整个火灾监测硬件系统提供电源; 分布式光纤测温系统主要通过铺设到各个采空区和采煤工作面的光纤实现对监测区域的温度监测，并为温度异常区提供定位距离。 矿用隔爆兼本安型光纤测温控制柜主要由光纤测温模块、测温光纤、信号隔离模块、电机控制部分和隔爆兼本安电源模块组成。其中，光纤测温模块负责光纤信号处理、报警和参数设置等，测温光纤负责现场的温度采集，信号隔离模块输出电机控制信号、电机故障信号并通过rs485串口、光信号网线传输信号; 电机控制部分是通过本部分对电机进行控制和保护; 隔爆兼本安电源模块除负责给本系统信号处理模块供电以外还给其它部分本安电器提供12v电 源。光纤测温模块还可以通过rs485、以太网接口与系统相连，构成完整的系统。

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分布式光纤监测系统应用油井温度压力流量等解决方案

油气井的井底压力、温度等数据是油气田开发动态分析及制定开发调整方案的必要依据，因此在油气井生产过程中，需要经常进行测试作业以获取相关数据，但随着油气田精细化开发的深入，间断的单时点数据已不能有效支撑对油气井的及时调整。永久压力监测和光纤监测技术可对油气井进行长期连续监测，获取井底压力、温度的实时曲线，可实时指导油气井在合理压差下进行排采生产，通过稳定或不稳定试井，计算单井动态储量、渗透率、表皮系数等，多点布控可测试井间产层连通性。 永久井下压力监测系统采用了先进的压力传感器和电子芯片,经过在加拿大、美国、伊拉克、伊朗、俄罗斯、马来西亚等国家油田十几年的现场应用,已充分显示出了其在油气井试井技术中的优越性。20世纪 80 年代中期与 90 年代初期，由12 家单位联合发起了有关光纤传感器技术在油藏永久监测方面的应用研究，目前，温度压力测量系统、分布式温度测量系统等光纤监测系统已经成熟，并应用于油井温度、压力、流量等的监测。 目前国内主要采用间隔式的钢丝作业进行油气井井底压力、温度数据的测量，连续监测技术应用较少，本文将重点总结不同测试方法的基本原理及其适应性，为油气井测试方法的选择，尤其是高温、高压等重点油气井测试方法的选择提供参考。 常规间隔式测试方法根据生产需要在特定时间对油气井进行测试，利用钢丝或电缆将压力计下入井中，得到测试作业时的井底压力、温度数据，作业结束后将压力计起出井口。此种方法的优势是单次测试作业成本较低，但无法获取长期的连续的压力、温度数据。同时，应用的压力计主要为宝石或石英电子压力计，其压力量程约为105MPa，温度量程约为 177℃，已无法满足高温、高压井的测试要求。 目前常用的测试工艺主要有 3 种： （1）钢丝起放存储式：先将电子压力计编程后联电，采用钢丝设备将压力计下入目的层位，测试结束后压力计随钢丝起出井口，在地面回放压力、温度数据。 （2）钢丝投捞存储式：将电子压力计编程后联电，随钢丝下入目的层位，脱手压力计，起出钢丝。测试结束时，利用钢丝工具打捞压力计，在地面回放压力、温度数据。 （3）电缆起放直读式：将电子压力计与单芯电缆连接，利用绞车送入井底目的层位，在地面为井下压力计供电，测试数据通过电缆实时传回地面，测试结束后起出压力计。 存储式测试方式采用电池为压力计供电，直读式测试方式采用电缆为井下压力计供电，测试时间不再受电池电能限制，但是存在测试井口密封问题。目前主要采用钢丝起放存储式进行测试作业，根据钢丝起下过程中测得的井筒压力梯度曲线折算油层中深处的压力、温度。 测试作业为井口带压作业，高温高压井测试作业对防喷器、防喷管等井控设备压力等级要求高，由于钢丝工具串配重较重，对钢丝的抗拉性能也提出较高要求，测试作业风险大。 永久压力监测技术永久井下监测系统(Permanent Downhole Monitor⁃ing System，以下均简称 PDMS)是将电子压力计置入油管连接的压力计托筒中，随油管下入井中，通过压力计中高精度的传感器感应井下的压力和温度,并将经过处理的压力、温度信号经电缆传送到地面，地面数据采集系统控制和存储传送到地面的井下压力、温度信号，实时录取压力、温度数据。PDMS可以利用地面直读方式对油藏和井况进行实时、连续、长期的监测，便于及时掌握油气井生产动态，优化油气井工作制度和举升参数。 PDMS 系统主要由井下和地面两部分组成。地面部分由电缆井口引出装置、数据采集系统、太阳能自动供电系统组成。井下部分由电子压力计、压力计托筒、铠装电缆、电缆保护器组成。 地面数据采集系统用于向井下压力计供电，并向其发出控制指令，改变井下电子压力计的采样间隔,同时收集和存储井下压力计传送上来的压力、温度数据，数据采用 SD 卡存储，存储容量可达到 1500 万组数据。太阳能自动供电系统向地面数据采集系统和井下压力计提供可靠的电源。在油管挂和采油树上预留电缆穿出孔，安装电缆井口引出装置，主要功能是密封穿出井口的电缆，密封压力20kPsi，材质Inconel 718，采用全金属密封，可保证长期应用的密封效果，适用于高压高温油、气井。 电缆是电力和数据的传输通道，内部是实心铜线，中间分别有内绝缘层和绝缘充填层，最外层是金属封装层。钢管材质Incoloy 825(高镍合金），最高工作压力25kPsi，最高工作温度200℃，抗拉强度1000kg，芯线规格 18 AWG，具有较好的抗挤压、抗磨蚀和耐腐蚀性能，适合于在井下长期使用。电缆保护器用于将电缆附着在油管上并在油管接箍处对电缆提供保护，有冲压式轻型保护器和铸钢重型电缆保护器可供选择。重型电缆保护器通常使用在油管串的下端和特殊的井筒结构中，它可以抗磨损和承受较大的外部冲击力，保护电缆完全不受到井下恶劣环境的损害；轻型电缆保护器通常用在油管串的上部，它既可以对电缆起到固定作用，也可以承受通常的井下冲击力。 电子压力计是PDMS系统的井下核心部分，采用高精度、高分辨率的石英压力、温度传感器，电路的生产设计基于当前最先进的混合电路技术，并采用真空焊接工艺封装，电子压力计传感器与电路外筒的密封采用离子束焊接工艺。外筒材质采用超强防腐镍基合金Inconel 718加工制作，最大外径0.875″，最高压力等级可达到25000Psi, 高温200℃/392℉下连续工作时间长达10年以上，可在高温、高压等井况恶劣条件下长期工作。 压力计托筒为压力计提供安装位置和机械保护，与压力计之间的密封为金属密封，可选择监测托筒外部套管内压力或者通过传压孔感应和监测油管内的压力, 一支托筒也可同时安装2只压力计。 永久井下监测系统可以长期、连续监测油气井井底压力、温度，用于油气井生产动态分析、试井分析、油气藏数值模拟、人工举升工作参数优化、防止地层出砂等多个问题的研究，其主要特点有：（1）具有长期工作的稳定性。太阳能供电系统可保证系统连续可靠的工作；采用超大规模集成电路设计，具有很强的抗震、抗干扰能力；采用了当前最新的压力传感器技术和电路技术，连续监测的时间可达到10年以上，具有很高的工作稳定性和可靠性。 （2）适用于高温、高压井的监测。电子压力计最高压力等级可达到25kPsi, 高温200℃/392℉下连续工作时间长达10年以上，可用于高温、高压、高腐蚀性等恶劣井况监测。 （3）多层压力连续实时监测。PDMS 永久井下监测系统不但可以实现单层压力监测，还可以实现单井多层位井下数据同时、实时监测。另外，可选择监测托筒外部套管内压力或者托筒内部油管内压力。 永置式光纤监测技术光纤传感技术是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。永置式光纤压力/温度监测技术是将光纤传感器随完井管柱下入井中，井口激光器发出激光，光信号通过光纤到达井下传感器，传感器将温度压力信息调制在反射光谱上，井口探测器接受从传感器反射回来的光谱，并通过对干涉光谱的分析得到温度压力数据。永置式光纤监测可以实现油气井井底压力及温度数据实时、长期、稳定的监测，通过区域性、多井点数据监测，可以为油气田开发方案制定提供依据。 井下常用光纤传感器主要有分布式光纤温度传感器（DTS）和光纤压力传感器（PT）。DTS 的测量基础是温度对光散射系数的影响，通过检测外界温度分布于光纤上的扰动信息来获取温度的信息，实现分布式温度测量，测量的技术基础是光纤拉曼散射技术。激光器沿光纤发出光脉冲，通过分光器后分为两束光，下接2个不同中心波长的滤波器，对应滤出斯托克斯光和反斯托克斯光，经光电探测器转化为电信号后送入数据采集与处理单元，经过检波处理最后输出温度值。 基于光速不变原理，可测量光纤反射光信号的精确深度 光纤压力传感器大多数采用基于法布里—玻罗干涉仪原理的压力计。由两光纤端面形成的空腔在光学上称作法布里—帕罗腔，简称法帕腔。激光由一端光纤进入法帕腔时，部分光能量在该端的光纤端面形成反射；其余光能量继续前向传播，继而由第二个光纤端面反射，并且反向进入第一段光纤。2次反射的激光在探测器表面形成干涉，干涉光谱由法帕腔腔长唯一决定，在频率域为正弦波。通过测量正弦波的周期和相位，则可以精确得知腔长。外界压力P将压缩法帕腔，导致2根光纤端面之间形成的法帕腔的腔长随着外界压力的变化而变化。因此，通过测量法帕腔的腔长，可以反推出外界的压力P。 永置式光纤压力/温度监测系统组成 地面部分主要有地埋光缆、调制解调仪，井下部分主要有光纤传感器、传感器托筒、光缆和光缆保护器。地面光谱解调仪发出1510~1590nm的连续波长扫描激光，激光经过信号光纤传递到井下的F-P腔压力传感器和FBG温度传感器，之后激光被F-P腔和FBG反射形成反射光谱，反射光谱将携带传感器附近的压力和温度信息沿同一条光纤传回解调仪，并由解调仪将光谱信号发送给计算机，计算机按照解调程序计算出井下的压力和温度值，并按需要的数据库格式进行实时显示、存储或远程发送。 地面控制单元由解调仪和笔记本计算机组成，与解调仪匹配的软件被内置到计算机中。解调仪是实现将井下温度压力传感器反射回来的光谱信号解释为用户可见的温度压力数值，依次能够解调16通道传感器的压力和温度信号，并对当前温度压力进行显示和存储。地埋光缆主要是实现从井口到设备间光信号的传输，一般采用地埋的方式进行施工。铠装光缆提供传感器与地面解调器之间信号传输的通道，外铠材料为316L或Inconel825，中间抗氢损金属层能延缓氢损140倍左右，大大延长了光缆在高温情况下的使用寿命，光缆的使用寿命能达到10年以上。 光纤传感器是永置式光纤压力/温度监测系统的井下核心部分，其最大工作压力可达15kPsi，最大工作温度可达300℃。 永置式光纤监测技术的优点主要有： （1）传感器体积小，重量轻，零部件极少且无运动部件，光学传感器寿命大于15年。 （2）光纤既是传感器又是信号传输媒介，无井下电子器件，抗强电磁干扰，可靠性高。 （3）全石英结构，化学性质稳定，激光微加工技术，性能可靠。 （4）铠装光缆采用316L或Inconel825合金材质，耐H2S/CO2腐蚀。 （5）测量点多，可串、并联组网同时监测单井多个层位的压力和温度，单井1/4″光缆最多12个压力温度信号，一套井口设备可以同时连接16个温度和压力传感器。 （6）可 用 于 高 温/高 压 井 ：能 承 受 300˚C 高 温 、15000Psi压力，以及高产气流产生的震动和冲击。 钢丝作业适用于直井、小斜度井的测试，其优点是单次作业费用较低，但后续费用随作业次数增加，可用于低温、低压普通开发井的临时监测。永久压力监测和光纤监测适用于直井、水平井，其初始投入较高，但后续无作业费用，丛式井/平台井可共享地面设备，从而大幅度降低综合成本，可用于高温、高压井或重点井的实时、连续监测。 （1）连续监测技术为油气井的精细化管理提供了有力的数据支持，有助于油气井工作制度的及时优化，防止储层出砂、抑制边底水快速锥进。 （2）永久压力监测技术、光纤监测技术可以有效解决高温高压井的动态监测难题，可以在提供油气井动态数据的同时，降低测试作业的工程事故率。 （3）综合考虑技术、经济因素，建议对重点井进行长期连续监测，高压井采用永久压力监测技术，高温井采用光纤监测技术。

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