光纖傳感器在電力電纜分布式測(cè)溫的應(yīng)用(編輯修改稿)
2025-07-15 20:10 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 Stokes和Anti—Stokes散射面積有關(guān)的系數(shù)；B為后向散射系數(shù)；vs，vas分別為Stokes和Anti—Stokes散射光頻率；αo，αs，αas。分別為人射光、Stokes和Anti—Stokes散射光在光纖中的傳輸損耗；Rs(T)，Ras(T)分別為與光纖分子低能級(jí)和高能級(jí)上的布居數(shù)有關(guān)的系數(shù)，是溫度T的函數(shù)。由式(2)和式(3)可知，Stokes和AntiStokes散射光都攜帶了溫度信息，將Stokes散射光作為參考光，利用兩者的比值獲取光纖的溫度信息，后向散射光的傳播時(shí)間確定沿光纖各測(cè)量點(diǎn)的位置信息。 布里淵傳感器測(cè)溫原理布里淵分布式光纖溫度，應(yīng)變傳感器主要依據(jù)OTDR原理以及光纖的后向布里淵散射(Brillouin Scattering)效應(yīng)。當(dāng)某一頻率的光人射到光纖中時(shí)．光纖中會(huì)產(chǎn)生1個(gè)聲波場(chǎng)，光波場(chǎng)與聲波場(chǎng)相互作用使散射光相對(duì)于人射光產(chǎn)生頻移．頻移的大小與材料的聲速成正比。布里淵頻移VB為：式中，n為光纖纖芯折射率；VA為光纖中的聲速，與光纖材料的彈性模量、光纖密度及泊松比等有關(guān)。 λ為前向傳輸?shù)墓獠ㄔ谧杂煽諉?wèn)的波長(zhǎng)。研究發(fā)現(xiàn)，布里淵散射光的頻移和強(qiáng)度與光纖所受溫度和應(yīng)變有關(guān)，由應(yīng)變和溫度變化引起的布里淵頻移和強(qiáng)度的變化可表示為：式中，△VB為布里淵頻移變化量；為布里淵強(qiáng)度相對(duì)變化量；CvT、Cvε、CPT、Cpε分別為布里淵頻移及強(qiáng)度的溫度和應(yīng)變系數(shù)；△T及△ε分別為光纖的溫度和應(yīng)變變化量。因此，當(dāng)光纖中的溫度和應(yīng)變發(fā)生變化時(shí)，會(huì)導(dǎo)致以上參量發(fā)生變化．從而使布里淵頻移和強(qiáng)度發(fā)生變化。3 光纖傳感器在電力電纜測(cè)溫中的應(yīng)用現(xiàn)狀分布式光纖傳感技術(shù)具有抗電磁場(chǎng)干擾、工作頻率寬、動(dòng)態(tài)范圍大等特點(diǎn)，它能夠連續(xù)測(cè)量光纖沿線各點(diǎn)的溫度及應(yīng)力，特別適用于需要大范圍多點(diǎn)測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)合。目前，國(guó)外(主要是英國(guó)、日本等)已利用激光拉曼光譜效應(yīng)研制出分布式光纖溫度傳感器產(chǎn)品，而國(guó)內(nèi)也在積極地開(kāi)展這方面的研究工作，現(xiàn)已研制成功基于分布式光纖溫度傳感原理的一系列產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用在航空航天、石油測(cè)井電力、冶金、煤礦等領(lǐng)域中。國(guó)內(nèi)把分布式光纖溫度傳感技術(shù)引入電力系統(tǒng)電纜測(cè)溫的研究工作只是剛剛開(kāi)始。聯(lián)系到我國(guó)電力系統(tǒng)時(shí)常發(fā)生的故障來(lái)考慮，如果能在高壓電纜上并行地鋪設(shè)傳感光纜，對(duì)電力系統(tǒng)電纜、鐵塔等設(shè)施的溫度、壓力等參量進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，就能夠做到及時(shí)排險(xiǎn)，從而盡可能減少經(jīng)濟(jì)損失。 光纖光柵溫度傳感器在測(cè)溫中的應(yīng)用光纖光柵溫度傳感器的功能類似于點(diǎn)狀的電信號(hào)溫度傳感器。而且光纖光柵本身不帶電，抗輻射、電磁干擾能力較強(qiáng)、耐高壓和腐蝕，適合應(yīng)用在電力系統(tǒng)強(qiáng)電磁干擾的惡劣環(huán)境中，其主要應(yīng)用模式有以下幾種。1)將光纖光柵間接地布置在電力電纜表面獲取電纜的溫度信息。如在電纜上固定貼有光纖光柵的金屬板．電纜荷載變化引起的電纜溫度變化經(jīng)金屬板傳人光纖光柵。再利用波分復(fù)用技術(shù)解調(diào)光柵反射信號(hào)，從而獲取沿電纜方向的溫度信息。對(duì)于更長(zhǎng)距離高壓傳輸電纜的監(jiān)測(cè)則需要更多的光纖光柵并結(jié)合時(shí)分復(fù)用技術(shù)。還可通過(guò)組網(wǎng)的方式．在利用基于光纖光柵的電纜運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)電纜溫度時(shí)．可將光纖光柵測(cè)溫系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的電纜表皮溫度數(shù)據(jù)發(fā)給主站．主站采用等效熱路法計(jì)算出纜芯的溫度，從而判斷電纜運(yùn)行溫度是否超標(biāo)
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