温度传感器的应用分析

任早早　曾翰雅

摘要：光纤传感器技术在20世纪70年代以来得到了迅速的发展，其本身具有耐腐蚀、高灵敏度以及体积小、机构简单、可弯曲等诸多优点。文章结合DTS分布式光纤传感器系统的原理等，在对分布式光纤温度传感器分析的基础上，对其测温系统在电力系统各设备温度安监中的应用进行了探讨。

关键词：DTS；光纤传感器；温度传感器；测温系统；电力系统；设备温度 文献标识码：A

中图分类号：TP212 文章编号：1009-2374（2015）16-0054-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.16.026

在当前科技的发展中，温度逐渐成为了工程应用领域绝对重要的监测对象，为得到准确检测范围跨度的温度信息，采用这种光纤温度传感器具有极大的优势，在数据采集的过程中不会发生温度传感器的单规点移动，使数据具有延时性，从而降低了温度测量数据的准确度，此系统适用于电力、化工、冶金等多个领域对实时温度的测量和监控，拥有广泛研究前景。

1 DES分布式光纤传感器测温原理

综合看来，此系统在温度信号载体方面主要采用了拉曼分布式光纤温度传感器这一形式，利用光纤中的自发拉曼散射温度效应原理实现了实际测温，具体说来，其经过运用OTDR技术的分布式光纤传感器技术，能动态测量和分析相应跨度的分布式温度，究其测温机理而言，其利用了后向拉曼散射光谱的温度响应效应，也就是当其雪崩二极管（APD）探测时，一旦接触到较微弱的Anti-Stokes反斯托克斯光散射信号，系统会对应地自动输出幅值为几十纳伏的信号电压。除此之外，加之光信号在耦合、滤波等环节中均会形成光能量的损失，随即出现了温度信息被淹没或面临噪声的不利工况。基于此现状，该系统运用了微弱信号放大过滤处理技术对其存在的噪声等干扰信号进行了处理，使得采集、传输Anti-Stokes反斯托克斯、Stokes斯托克斯光波信号中所造成的信号测量误差得到了消除，并结合对设置定标区技术方法的应用，将上述两种光波信号中的干扰分量进行了消除，使得APD探测器响应度差异等，会一定程度上使影响到温度信号测量结果大幅降低，在此基础上，获得了较为准确的温度信号，其涉及到的温度信号测量公式如下：

式中：c表示光波光速，也就是传输过程中的偏移量；h表示普朗克系数；波尔兹曼系数则用k表示；DTS系统采集到的绝对温度值则用T表示。

综合以往相关的文献资料可看出，对于分布式光纤传感器的DTS测温系统而言，其测量精度也可以达到0.5℃范围内，而对应的测量距离最长可以达到30km，最高的温度信号空间定位精度可精确到0.25m范围内，而相应的分辨率最高也能达到0.01℃范围内的水平，这些数据都显示出了此系统即使在恶劣环境中，同样能使温度信号的检测和控制精度得到较大的提高。

2 DTS分布式光纤传感器系统简介

在新时期的发展过程中，作为一款结构复杂的温度在线检测控制产品，DTS分布式光纤传感器系统适用于干扰对象较多、环境恶劣以及检测范围跨度大的工农业领域，能实现对其温度的实时准确检测和控制。综合来看，其由光路模块、高级应用软件、控制光纤、辅助的外围集成电路模块等组成。

在系统运行的过程中，通过电路模块的控制信号，然后借助对电路驱动半导体激光器的驱动，致使二者发生高速脉冲，在耦合的情况下，生成需要的光纤信号，在接下来的分光光路的转换中，促使其进入到传感光纤中，后续运用中，经探测器、高速采集电路等，使得相应的监测对象温度信号的采集任务得以完成，而半导体激光器产生的激光脉冲，会借助分光耦合特性发生背向散射光，具体细分，有Stokes（斯托克斯）光、Rayleigh（瑞利）光及Anti-Stokes（反斯托克斯）光，其中第一种光对温度信号不敏感，可将其作为参考光；第三种光具有温度敏感性，为温度信号光，在此过程中，经过分光光路、光滤波器滤波后，分光光路、光滤波器滤波后将第一种光和第三种光波有效分离，然后经APD探测器接收，由高速数据采集模块进行自动采集，进而实现向客户PC机的上传，历经这一过程，结合系统温度信号及温度分布曲线等的显示，完成了整个过程的检测控制。

3 分布式光纤传感器在工程中的实际应用分析

从当前的应用及发展现状来看，DTS测温系统在众多领域，尤其是特殊恶劣环境过程控制中都有重要作用，在未来社会发展中具有广阔的应用前景。本文结合电力行业中的温度测控方面，对DTS系统在其中的应用进行了分析。具体说来，作为一个复杂的，电、热、磁等共同存在的环境，电力系统中有较多的电压电气设备基于安全稳定以及经济节能等方面的考虑，大多都需要用到动态监测温度信号。在电力系统中的应用方面，分布式光纤传感器一般是结合不同的电气设备温度信号监测技术手段，实现了对光纤光栅测温仪和光纤温度测温仪的整合，在此种方式的基础上，对测温控制系统进行了完善，其涉及的逻辑组成结构图如图1所示：

如图1，在供配电系统中，基于电缆分布较为分散的现状，一般情况下有很多的点需要进行温度检测，所以现场工程机1选用的测温仪为本次研究中的分布式光纤传感器测温仪，结合实际运用的需要，笔者集中设置了变压器、开关等一次设备，另外，在现场工程机2的测温仪选用方面，选用的是系统中光纤光栅传感器的测温仪，通过此形式，让光纤温度传感器测温系统更加实用，并使其涉及到的技术经济效益得到了提高，优化了对其的实用。

结合本次实际应用及后续分析看来，本文的研究有效结合了光纤光栅温度传感器和分布式光纤温度传感器，在资源及技术整合的前提下，其对电力系统中的温度监测方面具有举足轻重的作用，借助其良好的屏蔽性能，对电力系统中强大的温度场和电能场干扰进行了有效避免，并在使用的过程中表现出耐辐射、耐高压等诸多优点，在电力系统测温系统运行经济可靠性的有效提高方面发挥着重要作用。

4 结语

综上所述，在新时期的众多领域，DTS分布式光纤传感器都有着良好的应用前景，本文结合其在电力系统中安全监测方面的应用，对其进行了积极探讨，实现了对发电厂、变电站等主要电气设备温度的实时监控，这种运作模式的发展过程中，为全厂（站）的安全监测控制在温度信号方面做出了有力支撑，对于存在的安全隐患等，运行人员能及时发现并实施针对性措施，有效地确保了整个电力生产安全稳定以及节能高效的发展，对于我国电力系统的高效经济运行具有十分重要的现实

意义。

参考文献

[1] 刘兰书.高精度荧光光纤温度传感器及其应用技术研究[D].中国科学院研究生院（西安光学精密机械研究所），2011.

[2] 凌艺春.高响应温度传感器在液压系统中的应用分析[J].液压与气动，2012，（7）.

[3] 吴楠.光纤温度传感器工作原理及实际应用分析[J].企业技术开发，2011，（20）.

（责任编辑：秦逊玉）