光纤自动监测系统应用

光纤自动监测系统应用（共11篇）

光纤自动监测系统应用 篇1

1 引言

光纤通信已经成为铁路通信调度的主要手段,光纤传输网络运行的可靠性关系到铁路运输稳定和运营效益,目前普遍采用的被动式管理维护方式已经滞后于铁路运输对光纤传输网络稳定性的要求。光纤在线自动监测技术是针对常规监测方式的不足而开发的,该系统具有实时性、在线性、可靠性等方面的优点,实现了对光纤和光端机的实时监测、预警、预测、实时报警、故障定位、光纤光缆信息管理及对光纤通信质量的数字化、集中管理、分析等功能,它提高了光纤监测的管理质量,减轻了光纤通讯维护人员的工作负担,为光纤监测和管理带来了新概念,非常适合铁路通信专网的使用要求。

2 常规OTDR光纤监测方式的不足

目前普遍采用的光纤监测系统一种是利用OTDR(光时域反射仪)的故障定位特性,结合光开关切换机理作为应用基础,另一种就是人工加仪表(OTDR)定期检测,其实这一种不能真正称为监测系统[1]。但都是是基于OTDR的光纤监测系统,该系统存在着本身不可避免的缺陷,主要表现在:

(1)OTDR监测系统具有片面性,只能检测光纤性能,不能检测光端机性能变化。

(2)OTDR监测系统不具备实时监测功能,单位时间内只能对某一条光纤进行检测。

(3)OTDR监测系统在线会严重干扰通信质量,通常光端机的发送功率约为1m W(0 d B),而OTDR发出的光脉冲功率大约在100m W(+20 d B)左右,为达到收端信号指标要求需要串接一些衰减器,影响了信道传输指标。

(4)不能建立系统指标数学模型,OTDR只是1台仪器,不能存储分析大量网络数据,不能提前对网络指标劣化进行预警。

3 铁路通信专网对光纤在线监测系统的性能要求

为叙述的方便把光纤在线监测系统简称为OTS系统[2],一个适合于铁路通信专网的OMS系统应满足以下要求:

(1)全面性:一个光纤传输系统基本上由2部分组成,光端机和光纤网,一个O M S应具有完整、全面地监测这两部分的能力。

(2)实时性:OMS应能连续不断地监测光纤传输系统的运行状况,而不是断续地、即时地监测光纤传输系统。

(3)在线性:OMS应能在线监测光纤传输的质量,这一点是光纤传输的属性决定的,由于光纤传输的保密性能较好,不能用离线或旁路的方式采集出其传输信号,因此只能用在线的方式。但在线监测不能给其传输带来任何不良的影响,而且要使OTS引入光纤传输系统内的插入损耗降到最小。

(4)可靠性:OMS必须满足两个可靠性要求。第一,OMS本身故障率应当远远低于光纤传输系统的故障率;第二,万一OMS产生了故障,这些故障对光纤传输系统不应造成影响或将影响减小到最低的程度,即要求OMS中插入光纤传输系统的光学元件数量应减到最少。

(5)及时性:这包含2方面的内容。正常运行过程中,OMS能及时地指示光纤传输系统质量状况;发生故障时,告警及时、起动查找故障点及时。

(6)预警性:OMS应可设置数个预警门限值,当通信质量参数下降到这个门限值,且尚未达到引起通信中断的情况下,OMS将发出预警信号,要求维护或作其他处理。

(7)预见性:根据通信质量参数的累计记录和质量退化趋势,OMS就能分析每个光通道的变化和光纤的劣化、熔接点的渗漏等,预见将在何时可能会发生故障。

(8)独立性:OMS必需独立于光纤传输系统之外,在不受光纤传输系统的影响下对其进行监测。

4 光纤在线自动监测系统功能和应用分析

笔者在兰新铁路兰州西至武威南段增建二线及武威南-嘉峪关段施工中采用的是沈阳铁路信号工厂研制开发TJTG型光纤在线自动监测系统,是一种对光纤通信网络进行高速、实时、在线监测的系统。该系统不但具有OTDR模板测试功能,而且将光纤、光端机运行状态的质量进行了数据化和状态管理,故实现光纤传输系统由“故障修”变为“状态修”。

4.1 系统结构

TJTG型光纤在线自动监测系统结构如图1所示,分为监测管理中心、监测站及远端维护管理中心三级。监测站分布在光中继站的传输机房,负责监测传输系统的收发端光功率值,并根据其变化情况确定是否启动OTDR测试,将测试数据传给监测管理中心。监测管理中心一般安装在网管中心,主要负责管理本辖区内的所有监测站,并依据监测站传来的监测数据,完成告警,图形显示及数据管理等功能。远端维护管理中心一般设在上级管理中心,需要查看时,拨号连接到监测管理中心,观察各监测站的运行情况。

4.2 系统监测原理

系统监测有两部分测试功能,一部分是在用纤的光功率实时监测功能[3],它由光功率采集卡和光分路器等设备组成。其工作原理是:光分路器分别从光端机的收端和发端分出一定比例的光进入光功率采集卡,采集卡上的光电转换模块把采集到的光信号转换成电信号,监测程序实时采集光功率值,并把采集的光功率值定时向管理中心传送,使管理中心能够实时了解各监测站光端机和光纤的运行情况。维护人员可以设置预警值、告警值和严重告警值,当采集的光功率低于设置的阈值时,监测站能够提示相应级别的告警信息,并把告警信息及时传到管理中心。另一部分测试功能是断点测试,它由O T D R卡、光开关、W D M、滤波器等部分组成,其工作原理是,O T D R卡与光开关的入光端相连,光开关的出光端连接被测光纤。如果监测在用光纤,则要选用与通信光波长不同的O T D R卡,在用纤近端接波分复用器,把通信光和测试光合并送入外线光纤,在用纤的远端接滤波器,把测试光滤掉,以防进入光端机,影响通信质量。监测原理如图2所示。

4.3 系统主要功能特点

4.3.1 监测独立性

系统不依赖于光传输网络,因而能有效、可靠地对光传输系统进行监测和管理。

4.3.2 监测的全面性

系统不但可以对光缆线路进行实时监测和准确的故障定位,而且还可以对光端机发送的光信号进行实时、在线监测。

4.3.3 系统可靠性

系统采用稳定可靠的WINDOWS 2000操作系统作为软件运行平台,采用无源性光电器件,使系统的介入损耗降到最小。监测系统软件24小时连续运行,在运行过程中有极强的稳定性,监测系统软件发生异常时,工控机自动复位,以确保监测站在无人值守的情况下能够不间断正常运行。

4.3.4 维护自动实时化

系统能对光缆通信网络进行全天侯自动监测,使监测和管理无人化、实时化、自动化,从而实现了光缆维护体制由“故障修”到“状态修”的转变。

4.3.5 故障定位准确性

系统有机地将OTDR的故障定位功能和地理信息(GIS)相结合,迅速准确地进行故障分析定位,压缩维修故障历时。

4.3.6 测量分析数据化

系统以光功率作为光缆网络质量状态参数,进行数据化分析,从而实现数据化管理。

4.3.7 告警信息及时性、多样化

系统可设置多个提前报警值或故障阈值电平,以实现提前预警,当所管辖区段的光纤及光端机的衰减超过阈值时,即时告警,系统不但提供声、光、电、语音等告警手段,还可以通过传呼、电话、移动电话、传真等将告警信息传达给维护管理人员。

4.3.8 管理功能综合化

系统采用大型SQL SERVER数据库,实现对光缆网络设备、传输设备、传输线路和人力资源的综合管理。

4.3.9 操作方式宜人化

系统提供简体中文和图形化、智能话的人机操作界面,使维护人员的操作更为简捷、方便,并具有完善的数据查询、数据统计分析、报表打印等功能。

4.4 网络结构

TJTG型光纤在线自动监测系统网络单元由协议转换器、高速局域网交换机、通讯服务器、Modem等设备组成。工作站与管理中心通过64K协议转换器和用户提供的64K通道实现联网的,64K协议转换器应用在用户提供的64K传输通道的两端,各个监测站主机通过网线分别与相应的64K协议转换器连接而介入传输网络。监测管理中心主机通过高速局域网交换机分别与64K协议转换器、2M协议转换器连接从而与用户提供的64K通道和2M通道相连接起来,使监测站和监测管理中心相互连接起来,各个监测管理中心则通过2M传输网相互通信,以达到监测管理中心之间数据共享,为了确保传输系统安全,当监测站与监测管理中心不能通过64K传输通道连接时,监测站通过本地的Modem与监测管理中心的Modem通过PSTN进行连接,然后由管理MO-DEM的通讯服务器通过局域网交换机连接到监测管理中心主机进行数据传输。

4.5 系统的应用试验

为了验证光纤在线自动监测系统的技术指标,与厂家技术人员选了2条光纤路由进行试验:第1条是武威南至古浪方向的光纤线路;第2条是武威南至张掖方向的光纤线路。

4.5.1 具体试验说明

对古浪方向、张掖方向光端机的收端光信号先接到光纤在线自动监测系统的光分路器上,通过光分路器进行分光,将97%的光信号再送回古浪和张掖方向光端机的收信单元,2个方向的通信没有受到影响。对分离出的3%光信号进行光电转换、对电信号进行功率分析处理,根据所设定的多个提前报警值或故障阈值电平,到达临界状态输出告警信息。监测管理中心主机的显示屏实时显示对比所监视2条线路的光功率曲线与标准值的曲线,根据曲线的变化情况可以提前判断出故障,避免事故的发生。并且在古浪方向利用该系统的断点测试功能,在该段新设光缆备用纤上从黄羊镇车站(位于古浪-武威南之间)的ODF上将其断开,系统立即在电子地图上标出故障位置,与实际一致。另外可利用监测管理中心高速局域网交换机,通过网络将光纤在线自动监测系统接到值班室装有综合分析软件的微机上,可以显现出与控制主机同样的线路监测情况,并通过声音等多种告警输出,通知值班人员,系统可以实现24h的实时监控。

4.5.2 经过光分路器前后光信号实测衰减值

测量后,可以根据实际电路的具体情况设置不同级别的三级告警值,系统通过采样判断发出不同的告警信息。

5 结束语

通过试验表明,光纤在线监测系统适用于铁路通信专网的光纤网络监测,完全可以替代传统的人工加仪器的光纤传输网络的维护方式,它为线路的运行维护人员提供了一个自动化的维护与测试平台。实现了对光纤/光缆网络24小时实时自动化在线实时综合监测,从而通过对线路状况的全天候监测、预测,努力防患于未然,及时发现光缆故障和隐患,并迅速地对被监测光缆线路中的故障点进行准确定位,向监测管理中心报警以通知相关维护人员,有效压缩光缆故障点历时,保障光缆线路的正常运行。该系统在铁路通信专网中的应用将对光纤传输网络的维护提供有效、及时的参考和依据,使得对线路维护更加自动化、科学化、合理化。

参考文献

[1]郑亚娟等.基于OTDR技术的光纤式输油管道安全预警系统[J].化工自动化及仪表,2008,(2):45-49.

[2]李秋明.光纤在线自动监测系统在电力通信专网中的应用[J].电力建设,2006,27(1):60-62.

[3]吴聪华.光缆在线监测系统[J].光纤与电缆及其应用技术,2004,(6):26-28.

光纤自动监测系统应用 篇2

谢道祥 桂仁才

摘 要

无线广播电视发射台作为国家重要的基础设施和宣传播出机构,与人民群众的政治、经济、文化、娱乐生活息息相关,是构建和谐社会的重要基石。发射台自动化系统是确保广播电视无线覆盖效果的重要手段，是保证发射台安全播出、增强工作效率的重要措施，也是广电行业发射台技术进步和发展的新趋势。

关键词：发射机、信号监测、自动化监控、管理

一项目背景

本项目为某广播电视台为适应新形势下广播电视事业向信息化智能化方向发展而建设。监测中心目前直接管理所辖区域内市、县级发射台，担负着中央和地方的多套广播节目的发射任务，覆盖600 多万人口。由于这些台站分布在该地区的各个区县，给管理和信息共享带来了巨大的难度。由于发射台自动化系统建设分批次由不同厂家架设，不利于发射台的规范化和统一化管理。因此依靠最先进的计算机技术、网络技术、信息技术，建设一个统一平台的发射台自动化系统，以保障人民群众收听收看到高质量的广播电视节目，势在必行。

二需求分析及建设目标

1、需求分析

建设发射台自动化系统，实现发射机管理、节目监测的自动化，保障可靠地接收节目信号，按时、满功率、高效率地完成节目发射任务。各子系统均能够独立运行，系统采用分布式控制技术，任意子系统故障不影响到其他系统的正常运行；建设电力管理自动化，对台内各种电力设施进行监控和管理，对关键的电气指标数据进行采集；建设台内环境监测系统，包含关键点温湿度、烟感、浸水和非法闯入监测；建设台站视频安防系统，对重要机房及台区周围环境进行实时监控，并将视频数据回传到上级管理机构。

2、建设目标

系统将以科学的管理理念为基础，以信息化、自动化、智能化技术为基础，实现对所有下辖台站运行的综合管理、核心业务自动化、安全防范、电力环境监测等。该系统的建成后，将按地域分配现有技术维护人员，将有效提高工作效率和运行维护管理水平，极大降低停播率、劣播率，降低工作强度，降低运行成本，提高安全播出保障能力。建设发射台运行综合管理平台，实现对台内各自动化系统运行和相应的业务处理过程的统一管理和监控，建立分级报警系统。

三建设方案

1、工程概述

某广播电视台监测中心由1个区监控中心（省级）、3个分中心（市级）、11个县级发射台的自动化系统、地球站和同步调频广播组成。目前2个分中心网络已建设，原有中波试验台自动化系统监测数据通过专用2M网络通道已经将数据传到已建成分中心，各县级台站相互之间都可双向通讯。

本工程仅对未建设台站进行设计，因此，发射台自动化系统主要针对区监控中心、1个市级分中心、两个县级发射台进行设计，实现区监控中心对分中心和各台站的监测，并提供应急的控制权限。

2、总体架构

分中心接收来自区监控中心的调度令，监控数据具备分发功能，发给分中心台内各自动化子系统，同时接收台内各自动化子系统的设备运行状态信息，完成对全台各自动化子系统的监控和管理。总体架构图如下：

区监测中心市级分中心（已建设）市级分中心县级发射台（已建设）县级发射台（未建设）县级发射台（已建设）县级发射台（已建设）县级发射台（已建设）市级分中心（已建设）县级发射台（已建设）县级发射台（已建设）县级发射台（已建设）县级发射台（已建设）县级发射台（已建设）县级发射台（未建设）

图

（一）3、建设内容

本工程自动化系统由核心业务自动化系统、电力环境监测系统、视频安防监控系统、自动化管理系统等组成。自动化系统框架图如下：

图

（二）3.1核心业务自动化

本工程的核心业务自动化主要包含发射机自动化系统、信号监测系统、监听监看系统。核心业务自动化完成节目传输调度、发射机管理、节目监测自动化，保障可靠地接收节目信号，按时、满功率、高效率地完成节目发射任务。各子系统均应能够按照运行图独立运行，系统间应根据需要具备联动、互锁功能，系统间应具备故障隔离功能，任一子系统故障不应影响到其他系统的正常运行。（1）发射机自动化系统

本工程发射台站采用一主一备共计6台电视发射机，3台电视发射机假负载；4台调频发射机，1台调频发射机假负载，调频发射机采用N+1自动倒备系统，电视及调频发射机均实现自动倒备功能，并预留了接口，便于今后系统的扩展。

发射机控制功能：自动开/关发射机；发射机即时开、关机；发射机主机、备机自动倒换；发射机升降功率等。

发射机状态及运行参数的实时监测：监测开机、关机完成或失败状态；监测发射机故障状态；输出功率；反射功率等。

监测激励器的状态及参数：激励器工作状态；监测ASI输入码流状态；输出功率等。

（2）信号监测系统

信号监测主要包括节目监测主机、各信号采集点分配设备等，主要监测信号源接收信号、信号源接处理号和开路信号。

电视和调频发射机的码流监测信号传送至监测信号采集设备，监听监看调度服务器通过监控交换机对采集的信号进行管理、调度。 电视信号监视监听

由于本次项目监测前段只需要完成8套电视广播的监测任务，根据上述三段监测原则，因此，将24路视音频信号送入监测信号采集设备，由监测信号采集设备完成将采集到的信号进行解调、编码、转码、分析等功能，最后通过监听监看调度服务器进行监视监看、报警、录像。 调频信号监视监听

调频监听监视的范围包括每套节目的信源和空间解调信号，就可以实现各个环节音频信号的监视监听。

同样，本次项目监测前段需要完成8套广播的监测任务，将16路视音频信号送入监测信号采集设备，由监测信号采集设备完成将采集到的信号进行解调、编码、转码、分析等功能，最后通过监听监看调度服务器进行监看、报警、录像。

调频音频的监视监听系统不仅可以监听所有节目不同途径来源的音频信号，也可以监听发射机发射的射频解调信号，为了更全面地反映每个发射环节的情况还监测了空间解调音频信号。3.2电力管理系统

对发射台内UPS、变压器、低压配电柜等设备状态数据的采集，并对各采集数据进行显示；实现对UPS的输入、输出电压等参数的监测；实现对变压器电压、电流、温度等的监测等；当上述设备出现故障时，实时显示设备的故障类型，并发出报警信号等。3.3环境监测系统

发射台在发射机房设置2个温湿度传感器，2台烟雾探测器，在机房底部设置2条漏水监测传感器，控制室采用1台温湿度传感器和1台红外探测器。

发射台环境参数的监测是整个发射过程中比较重要的一个环节，温度、湿度和设备的正常运行有着紧密的联系，由于带电工作设备本身就是一个发热源，长时间的工作，设备就会容易发热，甚至发生火灾风险，因此，温湿度传感器、烟雾探测就变得必不可少。浸水监测也是环境监测重要内容，做到漏水情况的及时发现和处理，防止设备因遭遇雨水侵蚀而损坏。其次还可以将被动红外探测器，接入环境采集器进行实时监控。

环境采集器监测示意图如下：

图

（三）3.4视频安防监控系统

发射台视频监视系统采用数字视频浏览技术，发射台内视频安防的具体布局为1个室内高清球型摄像机、3个标清红外摄像机、4个室外高清球型摄像机。发射台视频监控由于存在的客观原因是电磁干扰强、发射台占地面积大需要视频监测点多、通讯线路长等自身特点，因此传统的视频采集方式不管是采用模拟信号或将图像压缩编码通过以太网传输都很难解决信号干扰和衰减的问题。因此本工程中视频安防摄像机，均采用网络型，传输介质采用单模光缆传输，从而避免图像质量被干扰。3.5自动化管理系统

自动化管理系统设备主要包括各种应用服务器、数据库服务器、客户端和校时设备等。详细配置如下：

区域监控中心自动化管理系统由1台路由器、1台防火墙、2台数据库服务器互为备份、1台监听监看服务器、1台管理服务器、1台安防用管理服务器、8台55寸液晶电视、8联监控桌及区中心监管软件等组成；市级分中心的自动化管理系统由1台路由器、1台防火墙、1台数据库服务器、1台监听监看服务器、1台管理服务器、2台55寸液晶电视、4联监控桌及分中心监管软件等组成；县级台站各由1台路由器、1台防火墙、1台48口交换机等组成。自动化管理系统通过软件将管理中心与各台站之间各个子系统集成在一个平台上，对各子系统的运行和业务处理过程进行统一管理和监控，从而实现各子系统之间信息资源的共享与管理、各子系统的快速响应与联动控制。自动化管理系统发出调度指令,接收各自动化子系统的设备运行状态信息。

四结束语

本次区监控中心实现对3个分中心、11个台站的同步垂直管理，实现数据共享和远程控制；充分融合原有监控平台，将其数据融入统一的管理平台，有利于提高广播电视监测中心的工作效率、安全播出水平及台站管理水平，对促进广电事业的发展具有重要的意义。

参考文献

[1] GY/T5034-2015《中、短波发射台设计规范》

光纤自动监测系统应用 篇3

关键词：环境污染；自动监测系统；结构，优越性；应用

中图分类号：X839文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0061-02

进入21世纪以来，工业、交通和城市那发展速度越来越快，伴随着各行各业的发展，城市规模越来越大，城市污染形势也愈发严峻。噪音污染已经成为各大城市最严重的污染之一，据相关数据显示，每年污染投诉量最大的当属噪音污染，占投诉量的60%以上。噪音监测手段是城市噪音污染监测的主要法，噪音的随机性和起伏性较大，传统的监测方法已经很慢满足社会的需求，环境噪声自动监测系采用国外先进科学技术，经过自发研究后，形成了环境噪音自动监测系统，该系统对城市噪音污染有很好的控制作用，值得各城市开发利用。

1城市噪声的影响及危害

1.1影响人们日常生活

伴随着经济的发展，人们对生活的品质要求越来越高。日常生活中噪音污染的来源很多，如施工噪音、汽车鸣笛声、商场的喧闹声以及机械的操作声等，噪音不仅影响了人们的日常生活作息，对身体健康也有较大的危害。身体上的危害主要表现在听力受损、听力下降等方面，面对激烈的生活竞争，噪音污染还会影响人们的心理健康，如噪音污染会使人们精神紧张、脾气暴躁等。

1.2影响动物生存

一直以来，人们都忽视了噪音对动物产生影响。据动物学家表示，严重的噪音污染不仅会影响动物的情绪，对动物的生活习惯也会产生较大的危害，如受到严重的噪音影响后，动物的生育能力会随之下降，有的动物甚至会出现脱毛现象，更有甚者会导致动物死亡。

1.3影响经济发展

噪音污染对经济发展产生的影响主要表现在影响工作人员情绪、降低工作效率、房地产贬值、产品质量降低等多种社会问题。据相关调查显示，每年因噪音污染都会产生大量的经济损失，随着噪音污染越来越严重，如果不加大力度防止，经济损失就更大。

2城市环境噪声自动监测系统结构

城市环境噪声自动监测系统是在科技水平进步的前提下发展起来的一种全新的监测技术，该体系综合实现声电传输、数据处理、存储、校对等功能于一体，既属于声学仪器范畴，又属于计算机硬软件和质量保证监测网领域。城市环境噪声自动监测系统由三部分组成：户外单元测点、数据传输单元、中央控制单元。城市环境噪声自动监测系统结构如图1所示。

户外单元主要设置在各个测点上，主要包括传声器、前置放大器、输入放大器以及数据采集和处理、自动校准器等多个组成部分。

数据传输单元主要设置在数据接收的中间站，传输方式主要有市话线网、无线通讯网、计算机互联网三种形式，市话网线应用次数最多，通常情况下可以选择其中一种或者多种混合使用，完成数据的传输。

中心控制单元和数据传输单元一样设置在数据接收的中间站，重要功能是处理、存储接收的数据，并且完成校准、发布等工作，中心控制单元的组成部分有计算机和计算机软件系统两部分。

3城市环境噪声自动监测系统的优越性

与传统的噪音监测手段相比，噪声自动监测系统具有提高监测数据的准确性、传输方式多样、操作界面强大等特点，并且可以增强点位代表，笔者结合工作经验，对城市环境噪声自动监测系统的优越性作简单介绍。

3.1提高监测数据的准确性

环境噪声自动监测系统可以有效提高监测数据的准确性。自动监测系统是传统监测方式的升华，通常情况下的监测手段都是采用干电池进行系统供电，电池用完后如果没及时更换供电系统不稳定，监测数据也会出现误差，另外，干电池还受特殊环境的影响，如遇阴湿天气，电池手酸，造成供电不稳。噪音自动监测系统在传统的监测系统上进一步发展，采用先进科技，利用电源模块有效地解决了干电池供电产生的各种问题，保障监测数据准确、可靠的同时，还可以降低噪音污染，提高人们的生活水平。

3.2传输方式多样、快捷

噪音自动监测系统可以定点安装，也可以移动安装。便于携带式的监测统计系统经过电缆与电脑的连接接受数据，也可以通过微型打印机获得数据，不仅方式多样，而且快速、可靠，传统的监测系统很难做到多种形式并且快速得到数据。另外，噪音自动监测系统还可以通过无线进行数据传输，进一步提升了数据的传输速度。

3.3操作界面强大、便捷

一般的噪音监测系统结构较单一，操作假面不够强大，数据传输比较慢，导致工作效益很难得到提升。噪音自动监测系统摒弃了传统监测系统运用简单计算机汇编语言获得数据的弊端，采用计算机c++和vb两种高级语言程序组合形成噪音自动监测系统的操作界面，这种利用两种高级计算机汇编语言的操作面具有强大的据算、统计和数据传输能力，不仅操作界面强大、便捷，外观也非常符合现代社会的要求。

3.4增强点位代表

传统的噪音监测系统在进行噪音监测时需要工作人员定点操作或者流动操作，工作人员必须保持高度集中的注意力曹能保障监测数据的准确性，得到监测数据后还需要手动录入、填报、据算和打印，这些过程都由人工完成，很容易造成数据误差。噪音自动监测系统只需要在噪音监测的地区或某路段进行安装，计算机系统就可以对监测到的数据进行自动地录入，保障数据准确性的同时，提高办事效率。

4环境噪声自动监测系统在城市建设中的应用

一直以来，我国多数城市都采用传统的噪音监测系统，主要用一年监测多次或定时监测的方法完成噪音污染的监测。噪音污染变化性较大，具有随机性和随时性的特点，传统手工监测很难掌握准确、可靠的数据。经过多年的研究探索，噪音自动监测系统在传统手工监测系统的基础上升华，满足了社会的需求。科学合理、有效减少噪音污染的自动监测系统应该具有操作方便、界面强大、数据准确、接受快捷、安装方便等特点，自动监测系统应该集永久性和半永久性噪声监测终端、流动性监测终端于一体，通过监测数据预测监测环境内的噪音。

根据城市发展需要，建设噪音自动监测系统，要充分考虑建设点的选择和建设成本的投入，综合永久性监测点、半永久性监测点、流动性监测点，将城市噪音污染区按程度划分为多个监测区域，如在人口密集区和交通流量大的区域设置半永久性监测点；在建筑工地、企业厂区、居民投诉较多的区域建立流动性监测点，从而达到全城市的噪音污染检监测。

5结语

总之，噪音自动监测系统具有提高监测数据的准确性、传输方式多样、操作界面强大等优势，在城市噪音污染监测中发挥着不可代替的作用。城市建设者应该在明确噪音影响人们日常生活、动物生存和经济发展的同时，深入了解噪音自动监测系统的优势，让有关部门充分利用噪音自动监测系统，改善城市环境，提高人们的生活质量。

参考文献：

[1] 关莉娜,肖骁.探究城市环境噪声在线自动监测系统[J].科技与企业,2013,(5).

[2] 卞金良.关于城市环境噪声在线自动监测系统的研究[J].硅谷,2013,(1).

endprint

摘要：伴随着经济的发展，城市污染越来越严重，这严重影响了高品质、高质量生活水平的形成。城市环境污染的种类非常多，包括水污染、空气污染、噪音污染等，其中噪音污染对人们的日常生活已经产生了严重的影响。伴随着科技的进步，人们不断推出新的噪音监测系统，环境噪音自动监测系统就是为了满足城市发展的需要应运而生的，在城市噪音污染的防治工作中发挥着重要的作用。文章从噪音的危害着手，分析了城市环境噪音自动监测系统的结构及优越性，对环境噪声自动监测系统在城市建设中的应用作了简要分析。

关键词：环境污染；自动监测系统；结构，优越性；应用

中图分类号：X839文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0061-02

进入21世纪以来，工业、交通和城市那发展速度越来越快，伴随着各行各业的发展，城市规模越来越大，城市污染形势也愈发严峻。噪音污染已经成为各大城市最严重的污染之一，据相关数据显示，每年污染投诉量最大的当属噪音污染，占投诉量的60%以上。噪音监测手段是城市噪音污染监测的主要法，噪音的随机性和起伏性较大，传统的监测方法已经很慢满足社会的需求，环境噪声自动监测系采用国外先进科学技术，经过自发研究后，形成了环境噪音自动监测系统，该系统对城市噪音污染有很好的控制作用，值得各城市开发利用。

1城市噪声的影响及危害

1.1影响人们日常生活

伴随着经济的发展，人们对生活的品质要求越来越高。日常生活中噪音污染的来源很多，如施工噪音、汽车鸣笛声、商场的喧闹声以及机械的操作声等，噪音不仅影响了人们的日常生活作息，对身体健康也有较大的危害。身体上的危害主要表现在听力受损、听力下降等方面，面对激烈的生活竞争，噪音污染还会影响人们的心理健康，如噪音污染会使人们精神紧张、脾气暴躁等。

1.2影响动物生存

一直以来，人们都忽视了噪音对动物产生影响。据动物学家表示，严重的噪音污染不仅会影响动物的情绪，对动物的生活习惯也会产生较大的危害，如受到严重的噪音影响后，动物的生育能力会随之下降，有的动物甚至会出现脱毛现象，更有甚者会导致动物死亡。

1.3影响经济发展

噪音污染对经济发展产生的影响主要表现在影响工作人员情绪、降低工作效率、房地产贬值、产品质量降低等多种社会问题。据相关调查显示，每年因噪音污染都会产生大量的经济损失，随着噪音污染越来越严重，如果不加大力度防止，经济损失就更大。

2城市环境噪声自动监测系统结构

城市环境噪声自动监测系统是在科技水平进步的前提下发展起来的一种全新的监测技术，该体系综合实现声电传输、数据处理、存储、校对等功能于一体，既属于声学仪器范畴，又属于计算机硬软件和质量保证监测网领域。城市环境噪声自动监测系统由三部分组成：户外单元测点、数据传输单元、中央控制单元。城市环境噪声自动监测系统结构如图1所示。

户外单元主要设置在各个测点上，主要包括传声器、前置放大器、输入放大器以及数据采集和处理、自动校准器等多个组成部分。

数据传输单元主要设置在数据接收的中间站，传输方式主要有市话线网、无线通讯网、计算机互联网三种形式，市话网线应用次数最多，通常情况下可以选择其中一种或者多种混合使用，完成数据的传输。

中心控制单元和数据传输单元一样设置在数据接收的中间站，重要功能是处理、存储接收的数据，并且完成校准、发布等工作，中心控制单元的组成部分有计算机和计算机软件系统两部分。

3城市环境噪声自动监测系统的优越性

与传统的噪音监测手段相比，噪声自动监测系统具有提高监测数据的准确性、传输方式多样、操作界面强大等特点，并且可以增强点位代表，笔者结合工作经验，对城市环境噪声自动监测系统的优越性作简单介绍。

3.1提高监测数据的准确性

环境噪声自动监测系统可以有效提高监测数据的准确性。自动监测系统是传统监测方式的升华，通常情况下的监测手段都是采用干电池进行系统供电，电池用完后如果没及时更换供电系统不稳定，监测数据也会出现误差，另外，干电池还受特殊环境的影响，如遇阴湿天气，电池手酸，造成供电不稳。噪音自动监测系统在传统的监测系统上进一步发展，采用先进科技，利用电源模块有效地解决了干电池供电产生的各种问题，保障监测数据准确、可靠的同时，还可以降低噪音污染，提高人们的生活水平。

3.2传输方式多样、快捷

噪音自动监测系统可以定点安装，也可以移动安装。便于携带式的监测统计系统经过电缆与电脑的连接接受数据，也可以通过微型打印机获得数据，不仅方式多样，而且快速、可靠，传统的监测系统很难做到多种形式并且快速得到数据。另外，噪音自动监测系统还可以通过无线进行数据传输，进一步提升了数据的传输速度。

3.3操作界面强大、便捷

一般的噪音监测系统结构较单一，操作假面不够强大，数据传输比较慢，导致工作效益很难得到提升。噪音自动监测系统摒弃了传统监测系统运用简单计算机汇编语言获得数据的弊端，采用计算机c++和vb两种高级语言程序组合形成噪音自动监测系统的操作界面，这种利用两种高级计算机汇编语言的操作面具有强大的据算、统计和数据传输能力，不仅操作界面强大、便捷，外观也非常符合现代社会的要求。

3.4增强点位代表

传统的噪音监测系统在进行噪音监测时需要工作人员定点操作或者流动操作，工作人员必须保持高度集中的注意力曹能保障监测数据的准确性，得到监测数据后还需要手动录入、填报、据算和打印，这些过程都由人工完成，很容易造成数据误差。噪音自动监测系统只需要在噪音监测的地区或某路段进行安装，计算机系统就可以对监测到的数据进行自动地录入，保障数据准确性的同时，提高办事效率。

4环境噪声自动监测系统在城市建设中的应用

一直以来，我国多数城市都采用传统的噪音监测系统，主要用一年监测多次或定时监测的方法完成噪音污染的监测。噪音污染变化性较大，具有随机性和随时性的特点，传统手工监测很难掌握准确、可靠的数据。经过多年的研究探索，噪音自动监测系统在传统手工监测系统的基础上升华，满足了社会的需求。科学合理、有效减少噪音污染的自动监测系统应该具有操作方便、界面强大、数据准确、接受快捷、安装方便等特点，自动监测系统应该集永久性和半永久性噪声监测终端、流动性监测终端于一体，通过监测数据预测监测环境内的噪音。

根据城市发展需要，建设噪音自动监测系统，要充分考虑建设点的选择和建设成本的投入，综合永久性监测点、半永久性监测点、流动性监测点，将城市噪音污染区按程度划分为多个监测区域，如在人口密集区和交通流量大的区域设置半永久性监测点；在建筑工地、企业厂区、居民投诉较多的区域建立流动性监测点，从而达到全城市的噪音污染检监测。

5结语

总之，噪音自动监测系统具有提高监测数据的准确性、传输方式多样、操作界面强大等优势，在城市噪音污染监测中发挥着不可代替的作用。城市建设者应该在明确噪音影响人们日常生活、动物生存和经济发展的同时，深入了解噪音自动监测系统的优势，让有关部门充分利用噪音自动监测系统，改善城市环境，提高人们的生活质量。

参考文献：

[1] 关莉娜,肖骁.探究城市环境噪声在线自动监测系统[J].科技与企业,2013,(5).

[2] 卞金良.关于城市环境噪声在线自动监测系统的研究[J].硅谷,2013,(1).

endprint

摘要：伴随着经济的发展，城市污染越来越严重，这严重影响了高品质、高质量生活水平的形成。城市环境污染的种类非常多，包括水污染、空气污染、噪音污染等，其中噪音污染对人们的日常生活已经产生了严重的影响。伴随着科技的进步，人们不断推出新的噪音监测系统，环境噪音自动监测系统就是为了满足城市发展的需要应运而生的，在城市噪音污染的防治工作中发挥着重要的作用。文章从噪音的危害着手，分析了城市环境噪音自动监测系统的结构及优越性，对环境噪声自动监测系统在城市建设中的应用作了简要分析。

关键词：环境污染；自动监测系统；结构，优越性；应用

中图分类号：X839文献标识码：A文章编号：1006-8937（2014）20-0061-02

进入21世纪以来，工业、交通和城市那发展速度越来越快，伴随着各行各业的发展，城市规模越来越大，城市污染形势也愈发严峻。噪音污染已经成为各大城市最严重的污染之一，据相关数据显示，每年污染投诉量最大的当属噪音污染，占投诉量的60%以上。噪音监测手段是城市噪音污染监测的主要法，噪音的随机性和起伏性较大，传统的监测方法已经很慢满足社会的需求，环境噪声自动监测系采用国外先进科学技术，经过自发研究后，形成了环境噪音自动监测系统，该系统对城市噪音污染有很好的控制作用，值得各城市开发利用。

1城市噪声的影响及危害

1.1影响人们日常生活

伴随着经济的发展，人们对生活的品质要求越来越高。日常生活中噪音污染的来源很多，如施工噪音、汽车鸣笛声、商场的喧闹声以及机械的操作声等，噪音不仅影响了人们的日常生活作息，对身体健康也有较大的危害。身体上的危害主要表现在听力受损、听力下降等方面，面对激烈的生活竞争，噪音污染还会影响人们的心理健康，如噪音污染会使人们精神紧张、脾气暴躁等。

1.2影响动物生存

一直以来，人们都忽视了噪音对动物产生影响。据动物学家表示，严重的噪音污染不仅会影响动物的情绪，对动物的生活习惯也会产生较大的危害，如受到严重的噪音影响后，动物的生育能力会随之下降，有的动物甚至会出现脱毛现象，更有甚者会导致动物死亡。

1.3影响经济发展

噪音污染对经济发展产生的影响主要表现在影响工作人员情绪、降低工作效率、房地产贬值、产品质量降低等多种社会问题。据相关调查显示，每年因噪音污染都会产生大量的经济损失，随着噪音污染越来越严重，如果不加大力度防止，经济损失就更大。

2城市环境噪声自动监测系统结构

城市环境噪声自动监测系统是在科技水平进步的前提下发展起来的一种全新的监测技术，该体系综合实现声电传输、数据处理、存储、校对等功能于一体，既属于声学仪器范畴，又属于计算机硬软件和质量保证监测网领域。城市环境噪声自动监测系统由三部分组成：户外单元测点、数据传输单元、中央控制单元。城市环境噪声自动监测系统结构如图1所示。

户外单元主要设置在各个测点上，主要包括传声器、前置放大器、输入放大器以及数据采集和处理、自动校准器等多个组成部分。

数据传输单元主要设置在数据接收的中间站，传输方式主要有市话线网、无线通讯网、计算机互联网三种形式，市话网线应用次数最多，通常情况下可以选择其中一种或者多种混合使用，完成数据的传输。

中心控制单元和数据传输单元一样设置在数据接收的中间站，重要功能是处理、存储接收的数据，并且完成校准、发布等工作，中心控制单元的组成部分有计算机和计算机软件系统两部分。

3城市环境噪声自动监测系统的优越性

与传统的噪音监测手段相比，噪声自动监测系统具有提高监测数据的准确性、传输方式多样、操作界面强大等特点，并且可以增强点位代表，笔者结合工作经验，对城市环境噪声自动监测系统的优越性作简单介绍。

3.1提高监测数据的准确性

环境噪声自动监测系统可以有效提高监测数据的准确性。自动监测系统是传统监测方式的升华，通常情况下的监测手段都是采用干电池进行系统供电，电池用完后如果没及时更换供电系统不稳定，监测数据也会出现误差，另外，干电池还受特殊环境的影响，如遇阴湿天气，电池手酸，造成供电不稳。噪音自动监测系统在传统的监测系统上进一步发展，采用先进科技，利用电源模块有效地解决了干电池供电产生的各种问题，保障监测数据准确、可靠的同时，还可以降低噪音污染，提高人们的生活水平。

3.2传输方式多样、快捷

噪音自动监测系统可以定点安装，也可以移动安装。便于携带式的监测统计系统经过电缆与电脑的连接接受数据，也可以通过微型打印机获得数据，不仅方式多样，而且快速、可靠，传统的监测系统很难做到多种形式并且快速得到数据。另外，噪音自动监测系统还可以通过无线进行数据传输，进一步提升了数据的传输速度。

3.3操作界面强大、便捷

一般的噪音监测系统结构较单一，操作假面不够强大，数据传输比较慢，导致工作效益很难得到提升。噪音自动监测系统摒弃了传统监测系统运用简单计算机汇编语言获得数据的弊端，采用计算机c++和vb两种高级语言程序组合形成噪音自动监测系统的操作界面，这种利用两种高级计算机汇编语言的操作面具有强大的据算、统计和数据传输能力，不仅操作界面强大、便捷，外观也非常符合现代社会的要求。

3.4增强点位代表

传统的噪音监测系统在进行噪音监测时需要工作人员定点操作或者流动操作，工作人员必须保持高度集中的注意力曹能保障监测数据的准确性，得到监测数据后还需要手动录入、填报、据算和打印，这些过程都由人工完成，很容易造成数据误差。噪音自动监测系统只需要在噪音监测的地区或某路段进行安装，计算机系统就可以对监测到的数据进行自动地录入，保障数据准确性的同时，提高办事效率。

4环境噪声自动监测系统在城市建设中的应用

一直以来，我国多数城市都采用传统的噪音监测系统，主要用一年监测多次或定时监测的方法完成噪音污染的监测。噪音污染变化性较大，具有随机性和随时性的特点，传统手工监测很难掌握准确、可靠的数据。经过多年的研究探索，噪音自动监测系统在传统手工监测系统的基础上升华，满足了社会的需求。科学合理、有效减少噪音污染的自动监测系统应该具有操作方便、界面强大、数据准确、接受快捷、安装方便等特点，自动监测系统应该集永久性和半永久性噪声监测终端、流动性监测终端于一体，通过监测数据预测监测环境内的噪音。

根据城市发展需要，建设噪音自动监测系统，要充分考虑建设点的选择和建设成本的投入，综合永久性监测点、半永久性监测点、流动性监测点，将城市噪音污染区按程度划分为多个监测区域，如在人口密集区和交通流量大的区域设置半永久性监测点；在建筑工地、企业厂区、居民投诉较多的区域建立流动性监测点，从而达到全城市的噪音污染检监测。

5结语

总之，噪音自动监测系统具有提高监测数据的准确性、传输方式多样、操作界面强大等优势，在城市噪音污染监测中发挥着不可代替的作用。城市建设者应该在明确噪音影响人们日常生活、动物生存和经济发展的同时，深入了解噪音自动监测系统的优势，让有关部门充分利用噪音自动监测系统，改善城市环境，提高人们的生活质量。

参考文献：

[1] 关莉娜,肖骁.探究城市环境噪声在线自动监测系统[J].科技与企业,2013,(5).

[2] 卞金良.关于城市环境噪声在线自动监测系统的研究[J].硅谷,2013,(1).

光纤自动监测系统应用 篇4

管道光纤预警系统是针对通信光缆外界破坏而设计的, 在通信管道光缆上方作为分布式土壤振动检测传感器, 长距离连续实时监测通信管道光缆沿线的土壤振动情况, 利用独有的破坏事件专家数据库和神经网络分析技术, 对可能危害通信管道光缆安全的动土事件或场站设施的入侵事件等进行预警, 并准确定位, 利用通信系统组网, 对通信管道光缆进行长距离无逢实时监测。管道光纤预警系统具有事前预警的能力、定位准、精度高, 可及时发现对通信管道光缆上具有威胁的光缆挖掘、通信破坏和油管道的泄漏等意外事件。

二、管道光纤预警系统介绍

1、系统原理

管道光纤预警系统是利用与油气管道同沟敷设的普通通信光缆中的光纤作为分布式传感器, 长距离连续实时监测光缆、油气管道沿线的土壤振动情况, 包括在通信光缆管道附近、施工、人为破坏油气管道、打孔盗油等, 来分析判断可能威胁通信管道光缆安全的破坏事件, 及时报警, 起到安全预警的作用, 并能够这些事件进行精确地分析和定位, 确定事件的性质, 通过GIS显示事件发生地的具体位置和性质。

2、系统组成

管道光纤预警系统由预警单元、预警管理终端和区域监控中心和光纤传感系统组成。预警单元式管道光纤预警系统的基础设备单元, 由光源模块、光电模块、处理模块、监控模块、管理模块、数传模块、通信模块、电源模块等八个主要模块组成, 各模块装备在标准机框内, 整体安装在通信管道场站、阀室等设施的控制室内, 完成传感信号的分析、事件的识别以及将处理数据上传到预警管理终端。

预警管理终端由预警管理终端服务器、操作维护终端、监听终端等主要部分组成, 同时配备短信模块、车载导航系统、GIS地理信息系统、监控大屏幕等辅助管理设备, 接收预警单元运行数据和预警信息, 分析处理后显示告警信息, 并将数据上传到区域监控中心。当警情发生时, 预警管理终端产生声、光现场报警, 在电子GIS电子地图上显示警情位置及事件识别信息, 同时通过短信模块将警情信息发送到相关负责人员手机上。

区域监控中心是预警系统的管理中心, 监控预警区域的安全情况, 由DMC服务器、操作维护终端组成, DMC安装在场站或者运行维护中心内, 可以同步显示预警管理终端的报警信息, 以及实时查询、监听各个预警管理终端及预警单元的工作情况。

三、管道光纤预警系统的特点及技术指标

四、应用实例

大港油田埕港管道工程应用了光纤预警系统。该工程包括49公里输油管道和52公里输气管道, 管道起点为赵东平台, 末点分别为大港原油储运库和天然气处理站。光纤预警系统项目只应用于埕海1-1人工岛至大港原油储运库的油气管道, 长度约为41公里。埕港管道光纤预警系统2011年10月前完成了安装和设备的单机调试, 进行3个多月的系统测试, 待基本稳定后进入试运行阶段。在试运期间光缆多次被挖断, 光纤预警系统均及时、准确地实现了报警。

参考文献

[1]周琰;靳世久;张昀超;孙立瑛;;分布式光纤管道泄漏检测和定位技术[J];石油学报;2006年02期

[2]崔谦;油气管道泄漏检测方法的研究及应用[D];天津大学;2005年

水质自动监测系统建设与维护初探 篇5

水质自动监测系统建设与维护初探

摘要：本文结合江门市区堇边水质白动监测系统建设与维护过程中遇到的.实际问题,提出相应的解决方法及建议,以供验收后自行运营维护技术人员参考.作 者：夏光耀 洪流 尹丽君 作者单位：江门市环境监测中心站,广东江门,529000期 刊：科技创新导报 Journal：SCIENCE AND TECHNOLOGY INNOVATION HERALD年，卷(期)：,“”(3)分类号：X84关键词：水质 自动监测 建设 维护

光纤自动监测系统应用 篇6

关键词： 分布式光纤传感； 后向散射； 电力电缆； 健康状态监测

中图分类号： TP 212文献标识码： Adoi： 10.3969/j.issn.10055630.2012.06.015

引言

电力电缆是电力传输的重要载体。但是人为因素（如：施工挖断、被盗等）和自然灾害（如：滑坡、塌方、地基沉降、洪水等）会造成电缆线路故障，影响电力电网建设效能的发挥。因此，如何应用科学手段实现对电力电缆的运行及环境状态的监控、预警和定位、以便及时提醒线路维护人员提前采取预防措施显得十分的紧迫和必要。

文中研究一种基于全光纤传感技术的智能监测系统，该系统利用光纤传感器对电网中的电力电缆线路的运行状况进行全方位实时智能监测。该智能监测系统不但可实现对电力电缆线路的温度、载流量、偷盗入侵等进行监测，确保电网安全、高效运行，而且还可综合分析处理各传感器信息，在出现异常情况时，通过控制相应的联动设备采取一定的措施来保障电网正常运行。

光纤自动监测系统应用 篇7

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。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰, 抗辐射性能好, 特别适合于易燃、易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用[1,2]。为了提高我国煤矿瓦斯抽采水平, 山东省科学院激光研究所自2005年起研制基于光纤传感器的本质安全型矿山、智能油井、电力系统多参数综合监测系统, 取得多项研究成果, 在光纤气体传感器、温度、顶板位移、微震、无源通信等传感器网络以及在煤矿灾害检测系统方面的研究, 为光纤技术开辟了新的应用方向, 为矿山安全提供了新的检测体系, 在国际上产生了一定的影响, 代表着该技术领域的技术前沿[3,4]。

皖北矿区的各煤矿原先对煤炭自燃的预测预报普遍采用气体分析法, 依照煤炭在不同温度条件下产生气体的种类和多少来判断煤炭自燃发展的趋势。电子式传感探测技术及人工复测相结合实现了瓦斯抽采数据、自然发火指标气体分析及对高温的定位。原系统存在检测周期长、维护量大等缺点, 无法实现准确的实时在线监测。皖北煤电集团祁东煤矿引进光纤传感器用于煤矿安全监测, 特别是煤矿瓦斯抽采环境的监测, 为深入研究煤矿发火机理, 掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段, 对煤矿瓦斯灾害监测和控制有着重大意义, 具有明显的经济和社会效益。

1 技术原理及方案

1.1 光纤气体检测技术

光谱吸收式光纤气体传感器是基于分子振动和转动吸收谱与光源发光光谱间的光谱一致性的传感器。当光通过某种介质时, 即使不发生反射、折射和衍射现象, 其传播情况也会发生变化。这是因为光频电磁波与组成介质的原子、分子将发生作用, 作用的结果使得光被吸收和散射而产生衰减。由于气体分子对光的散射很微弱, 远小于气体的吸收光能。故衰减主要由吸收这一过程产生, 散射可以忽略。利用介质对光吸收而使光产生衰减特性制成吸收型光纤气体传感器, 如图1所示。

基于光谱吸收技术测量气体浓度时, 可利用可调谐激光二极管的波长而随电流大小调制的特点对激光输出波长进行调制, 再利用锁相放大器优异的微弱信号的提取能力实现气体吸收光谱线好的恢复, 就可实现很好的探测灵敏度, 从而测得精度较高的气体浓度。研制的光纤瓦斯传感器测量浓度范围:0~1%, 0~4%, 0~40%, 0~100%;响应时间<2 s;测量精度:低浓度 (4%以下) ±0.05%, 高浓度 (4%以上) ±0.5%;校准周期6个月。

1.2 光纤温度检测技术

光纤测温技术以光纤为检测元件对温度进行检测, 是一种新型全光纤无源器件, 比普通传感器具有不可比拟的优势和特点。它本质防爆、无电传感、化学性能稳定、传输距离远, 可用于对外界参量的绝对测量, 以技术含量高、经济效益好、渗透能力强、市场前景广等特点为世人瞩目。

在煤矿井下应用的温度传感器, 主要采用基于光纤光栅原理来设计。光纤布光栅产生是由于光纤具有光敏特性, 从而在周期光强作用下沿着光纤轴向方向感生周期性折射率变化的缘故。近几年来, 光纤光栅成栅工艺上有了重大突破, 已经逐步走向实用。研制的光纤温度传感器测量温度范围-30℃~120℃;温度灵敏度0.1℃;温度精度±0.5℃;校准周期6个月。

1.3 光纤传感系统软件

光纤传感系统软件分为多点式温度传感器系统软件和气体传感器系统软件。多点式温度传感器系统软件的主要功能是, 对气体传感器安装部位的瓦斯气体的浓度进行采集并实时显示及上传数据到相关监控分站。气体传感器系统软件通过与温度参数检测综合系统交互来获取当前温度的监控实时数据, 并按照设定的图示 (正常、一级报警、二级报警) 显示出来, 同时提供了实时数据以及当天数据查询功能。光纤传感监测系统可以使用户通过互联网观察到当前瓦斯浓度、温度的数据, 以便指导安全生产。

1.4 系统研究技术路线

基于光纤测温技术和光纤气体在线监测技术相结合的方式, 充分利用光纤传感的优势, 实现瓦斯抽采管路中的浓度和温度参数在线监测, 进一步通过专家系统对检测结果进行分析, 实现环境状况的在线评估和定位。光纤传感监测系统的形成为深入研究煤矿发火机理, 掌握自然发火预警规律提供有效的技术手段, 有利于煤矿瓦斯灾害监测和控制。主要采用的技术路线如图2所示。

光纤监测系统主要由微型计算机、传输电缆、连接光缆、光端机和探测器等组成。监测主机主要对采集的光学数据进行分析, 并按照通信协议标准提供具体监测数据给微型计算机 (可提供RS232、RS485、以太网口接口方式) , 连接光缆 (无源) 主要用来传输光信号。

2 现场实施方案及研究

祁东煤矿原采用的是传统气体传感器及电子式监测分站, 系统存在检测周期长、维护量大等缺点。基于光纤技术的气体检测技术具有检测快速、可靠性好、精度高等优点, 在气体检测方面与现有检测技术相比有较大优势。为了更好、更实时地检测瓦斯抽采管路内气体, 根据祁东矿瓦斯泵现场情况分析, 在2号正压泵安装一个光纤瓦斯传感器来检测其瓦斯浓度, 通过光缆传输到解调仪, 传送到监控室监测系统分站, 实现实时在线监测, 同时与原系统检测形成良好对比参照。

光纤传感器、传统传感器和传统在线传感器对2号正压泵瓦斯浓度检测数据的对比如图3所示。从图4中可以看到三种传感器监测数据变化趋势是一致的, 在监测的数据数值上, 光纤传感器监测数据和传统传感器监测数据基本相同。

光纤瓦斯传感器在实验室的长期稳定性试验记录如图4所示。

从图4中可以看到, 显示测量误差可以保持在±0.05%以内。与传统传感器组建的监测系统相比, 光纤瓦斯抽采监测具有本身不带电、校正周期长的特点, 可达到6个月校正一次, 传统传感器则需要10 d校正一次。光纤瓦斯抽采传感器根据不同气体对光的吸收强度不同制定而成, 所以它对气体鉴别性好, 不会受到其他气体干扰而引起监测不精确的问题。

3 结论

基于Beer-Lambert定理, 利用气体在某个吸收峰由于气体吸收而产生的光强衰减的原理, 研制出基于光谱吸收技术的光纤气体传感器。基于光纤光栅原理研制出光纤温度传感器。结合研制的温度检测技术和气体检测技术配套相应的软件系统组成了光纤瓦斯抽采监测系统, 对井下甲烷、一氧化碳气体进行实时监控。一旦出现异常能及时报警, 让煤矿根据系统采集的数据情况采取针对性措施;同时还可以为各级管理部门提供一个对现场监督、指挥、控制、协调的数字化平台, 有效地防止瓦斯事故的发生。监测地点瓦斯一旦超限, 系统能自动以短信形式将瓦斯超限信息发送到预先设置的管理人员手机上。利用监测系统可以对井下各作业地点的实时情况一目了然, 及时掌握“一通三防”信息, 做到防患于未然。

光纤瓦斯抽采监测技术在皖北煤电集团祁东矿使用以来, 对井上泵站正压管道及井下负压管道进行了实时地在线检测, 获取了大量的第一手数据, 为瓦斯监测手段的提升提供了有力的现场数据支持, 为井下瓦斯抽采监测提供了大量数据。通过光纤气体监测系统的现场试验, 可以看出光纤气体监测系统具有响应快、精度高、免校准、长距离检测等突出特点, 充分证明了该系统比现有系统具有明显技术优势。光纤传感技术以光波为载体、光纤为媒质, 感知和传输外界被测量信号的新型传感技术。光纤本身不带电, 体积小, 质量轻, 易弯曲, 抗电磁干扰, 抗辐射性能好, 特别适合于在易燃易爆、空间受严格限制及强电磁干扰等恶劣环境下使用。将光纤传感器应用于煤矿安全监测, 特别是煤矿井下恶劣环境的监测, 将对瓦斯抽采监控治理及自然发火的预测预报起到重要作用。由此可以得出, 光纤瓦斯监测系统对瓦斯抽采监测能准确地反应瓦斯的实时浓度, 对瓦斯突发事故有重大的预防作用。

参考文献

[1]吴宏伟.光纤瓦斯传感的调制技术及虚拟化研究[D].淮南:安徽理工大学, 2011

[2]王玉田, 刘瑾, 杨海马.光纤光栅调制式光纤甲烷气体传感器的研究[J].传感技术学报, 2003 (3)

[3]蒋继平.光纤瓦斯气体传感器的发展[J].常州信息职业技术学院学报, 2003 (1)

光纤自动监测系统应用 篇8

煤矿井下60%以上的电气事故是由于电气设备接触不良和长期过负荷运行造成的, 在这些事故发生之前的共同预兆就是故障点均会出现温度异常升高[1]。煤矿井下电气设备均为防爆设备, 现行的设备检查方式基本上是通过维修工人凭经验目测检查或用手触摸外壳来判断设备是否正常运行的。当设备出现温度异常升高的事故征兆时很难及时发现和处理, 不能真正做到预防性维修。

随着煤矿开采不断加深, 瓦斯危害越来越大, 对井下供电的安全可靠性要求越来越高, 如果能对主要电气设备关键点进行实时运行温度监测, 就能及时准确掌握电气设备运行温度信息, 在事故发生前对设备进行检修, 避免电气事故的发生, 并能大大提高供电系统的安全可靠性。实现由“事后维修”到“预防性维修”的转变, 避免意外停电造成井下瓦斯超限事故及恶性事故发生, 具有巨大的经济效益和社会效益。

2 光纤光栅测温原理

光纤光栅的基本结构为沿纤芯折射率周期性的调制, 所谓调制就是本来沿光纤轴线均匀分布的折射率产生大小起伏的变化。

光纤的材料为石英, 由芯层和包层组成。通过对芯层掺杂, 使芯层折射率n1比包层折射率n2大, 形成波导, 光就可以在芯层中传播。当芯层折射率受到周期性调制后, 即成为光栅。光栅会对入射的宽带光进行选择性反射, 反射一个中心波长与芯层折射率调制相位相匹配的窄带光刺中心波长为布喇格波长。光纤光栅模型示意图如图1所示。

如果光栅处的温度发生变化, 由于热胀冷缩, 光栅条纹周期也会跟随温度变化, 光栅布喇格波长也就跟着变化。这样通过检测光栅反射光的波长变化, 就可以知道光栅处的温度变化。

光纤光栅分布式传感系统基本原理如图2所示[2]。

在光纤光栅分布式传感系统中, 一根光纤上串接多个光栅 (各光栅具有不同的光栅常数) , 宽带光源所发射的宽带光经Y型分路器通过所有的光栅, 每个光栅反射不同中心波长的光, 反射光经Y型分路器的另一端口耦合进光纤光栅感温探测信号处理器, 通过光纤光栅感温探测信号处理器探测反射光的波长及变化, 就可以得到解调数据, 再经过处理, 就得到对应各个光栅处环境的实际温度。

3 光纤光栅温度在线监测技术安全可靠性分析

光纤光栅温度在线监测技术的光纤传感器具有不带电的特点, 能够做到本质安全, 传感信号以光的形式传播, 不受外界电磁场干扰, 长期漂移小, 因而可对井下电气设备的运行温度进行连续在线监测。如出现温度异常过高现象, 可进行报警。能够及早发现问题、解决问题, 避免事故的发生, 提高生产效率, 节约人力巡检成本。

4 光纤光栅温度在线监测技术在煤矿供电系统中的应用

光纤光栅温度在线监测技术主要由RT2000-S01光纤光栅温度传感器、井下监测主机和井上远程终端组成。井下供电系统高压防爆开关的隔离开关触头易出现过热造成电气事故, 如果真空接管出现接触不良等问题也能够及时发现。

光纤光栅温度传感器安装在井下采区变电所高压防爆开关的隔离开关小车的静触头上, 为满足防爆要求, 采用1根光纤从防爆开关内引出, 将1个光纤分路器放置于高压防爆开关内, 完成隔离开关小车的6个静触头测温传感器的收集功能, 光纤温度传感器安装在静触头的导电杆上并靠近绝缘台, 能够准确监测接触位置的温度情况。

目前该技术已在恒源煤电刘一矿北乙二水平采区变电所成功应用, 共有23台6 k V防爆馈电开关、28台660 V低压防爆馈电开关的隔离开关触头安装了测温传感器, 7台变压器安装高低压接线室安装了测温传感器, 测温传感器把温度信息通过光纤传输给井下监控主机, 井下监控主机通过传输光缆, 把采集到的温度信息和主机运行状态发送到井上远程终端。该技术测温范围-30~250℃, 测温精度±0.5℃;传输距离10 km;通讯端口采用RS485/以太网口;可以对不同监测点的报警温度参数设置;当系统中各监测点温度出现异常升高时, 系统报警, 能够对各点的历史温度曲线查询。

刘一矿北乙二水平采区变电所现场布置如图3所示。

5 结论

光纤光栅温度在线监测技术采用先进的光纤传感技术, 具有比传统电子类传感器明显的优势:传感器是光无源器件, 不带电, 本质安全, 适合在煤矿等复杂环境中使用, 可靠性高。使用光缆传输, 传输距离远, 易于组网, 能够实现在线监测。

该系统可以通过软件进行历史数据的存储和查询。当设备运行温度高于设定值时发出报警, 能够及时对设备进行维护, 实现由“事后维修”到“预防性维修”的转变, 避免意外停电造成井下瓦斯超限事故及恶性事故发生, 具有巨大的经济效益和社会效益。光纤光栅温度在线监测技术可在煤矿井下供电系统中推广应用。

摘要：通过对煤矿电气事故的分析, 对电气设备的关键点进行实时运行温度监测, 能够及时发现事故征兆, 避免意外停电事故的发生。光纤光栅温度在线监测技术在煤矿供电系统中应用, 能够做到预防性维修, 保障矿井供电安全。

关键词：温度,防爆,光纤,本质安全

参考文献

[1]李树伟.矿山供电[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2006.

光纤自动监测系统应用 篇9

传统大坝坝体温度测量一般使用电类温度传感器,此类传感器对工作的环境要求严,抗干扰能力差,安装复杂干扰施工,尤其是传统的温度计信息量太少,很难掌握整个坝体内部温度场的变化。鉴于此,人们不断寻求新技术来解决这些问题,光纤传感技术恰恰解决了这一问题。

实现光纤传感测量的技术有多种,经过比较,在传感器定位精度上,利用拉曼效应分布式光纤传感系统技术定位误差最小,能实现真正的分布式温度监测。利用拉曼效应分布式光纤传感系统是一种比较适合于水电大坝温度监测的系统。

1 分布式光纤传感技术的类型

1.1 利用后向瑞利散射的分布式光纤传感技术

瑞利散射是入射光与介质中的微观粒子发生弹性碰撞所引起的,散射光的频率与入射光的频率相同。在利用后向瑞利散射的光纤传感技术中,一般采用光时域反射(OTDR)结构来实现被测物理量的空间定位。

1.2 利用布里渊效应的分布式光纤传感技术

光通过光纤时,光子和光纤中因自发热运动而产生的声子会产生非弹性碰撞,发生自发布里渊散射。温度、应变与自发布里渊散射光的功率分别存在正、反比例关系,并依据布里渊散射光的频移与温度和应变的变化成正比的试验结果提出,通过求解功率与频率变化的耦合方程可实现单根光纤上温度与应变同时测量。

1.3 利用拉曼效应的分布式光纤传感技术

光通过光纤时,光子和光纤中的光声子会产生非弹性碰撞,发生拉曼散射,波长大于入射光的为斯托克斯光,波长小于入射光的为反斯托克斯光。根据拉曼散射理论,在自然拉曼散射条件下,2束反射光的光强与温度有关,而且只与温度相关。

由于它在温度测量上所能达到的测量精度、传感长度和空间分辨力高于其它传感技术,目前得到广泛的关注与研究[1]。

2 适用于温控监测的分布式光纤传感技术的比选论证

本文选题思路旨在寻找适用于大坝安全监测领域的测量大坝建筑物温度、应变等的新型光纤传感技术。

当激光入射到光纤中,它在光纤中向前传输的同时不断产生后向散射光波,这些后向散射光波中除了有1条与入射光频率相同的中心谱线之外,在其2侧,还存在2条谱线。中心谱线为瑞利散射谱线,低频一侧频率斯托克斯线(stocks),高频一侧频率为反斯托克斯线(Antistokes)。后向散射光光谱组成示意图如图1所示。

2.1 瑞利散射(OTDR)

虽然瑞利散射是散射光谱中最强的组成部分,但由于瑞利散射光对温度极不敏感,因此不能用于温度传感测量。通常只用来检查光纤的完整性,也就是光纤通信上常用的OTDR测试仪。

2.2 布里渊散射(BOTDR)

对温度和应力敏感,并能产生1个相对较强的信号。但布里渊与拉曼散射光在光谱中的频率非常接近。所以对布里渊散射光的监测非常困难,需要借助特殊的激光光源和过滤仪器,成本昂贵,且布里渊散射光受温度和应力双重因素互相制约,因此也不适用于温度传感测量。

2.3 拉曼散射光(ROTDR)

拉曼散射光对温度最为敏感,而且具有足够的强度适用于温度测量。拉曼散射信号被分裂成的2个“谱带”(斯托克斯和反斯托克斯)所取代,其波长较长的斯托克斯谱带对温度的反应迟钝,而波长较短的反斯托克斯谱带,对温度表现出很强的敏感度。这2种成分的光强度与温度变化成比例[2]。

因此可见,适用于温度单一参数监测的分布式传感技术为利用拉曼散射的技术,它具有良好的现场适应性、温度自补偿、远程分布式测量等优点,能对光纤测量的温度场进行分布式的连续监测,是实现实时测量空间分布温度的一种新技术。

利用光时域反射原理(OTDR)、激光拉曼光谱原理,经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大并将温度信息实时地计算出来,研究后研制成实用的DTS(distributed temperature sensing)光纤分布式温度监测系统。

3 DTS光纤分布式温度监测系统研究

3.1 DTS基本技术原理

DTS分布式温度传感技术是以光时域反射原理为基础,通过主机中的高功率的激光发射器向所连接的探测光缆发送激光脉冲,同时对后向散射光中的拉曼散射光(Raman)进行采集、分析,从而解决分布式温度传感方案[3]。DTS基本技术原理图如图2表示。

3.2 拉曼散射测温计算

当频率为γ0的激光入射到光纤中,它在光纤中向前传输的同时不断产生后向散射光波,这些后向散射光波中存在着(γ0-△γ)及(γ0+△γ)的2条谱线。中心谱线为瑞利散射谱线,低频一侧频率为γ0-△γ、波长为λS的谱线为Stocks,高频一侧频率为(γ0+△γ)、波长为λa的谱线为Antistokes。根据拉曼散射理论,在自然拉曼散射条件下,2束反射光的光强与温度有关[4]。

若入射光子数为Ne,则斯托克斯拉曼光子数Ns为:

反斯托克斯光子数Nα为:

瑞利散射光子数NR为:

式中:kr、ks、kα分别为与瑞利散射、斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射截面有关的系数,s为光纤的背向散射因子;γ0、γs、γa分别为瑞利散射、斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光子频率;αc、αs、αa分别为入射光、斯托克斯、反斯托克斯拉曼散射光频率的光纤传输损耗;Rs(T)、Rα(T)分别为与光纤分子(Si O2)低能级和高能级上的布居数有关的系数,与局域光纤处的温度有关,即:

为了消除系统的不稳定性、环境的干扰、光纤在测量过程中的弯曲及受压等变化的影响,本系统采用斯托克斯光子数来解调反斯托克斯光子数,从而获取温度值:

式中:T为绝对温度;Фα(T)、Фs(T)分别为Antistokes和Stocks反射光的光强;νa、νs分别为Antistokes和Stocks反射光的光波频率;h为普朗克常数;k为玻尔兹曼常数;△ν为光纤分子振动频率,取1.32×10 13 Hz。

因此,利用OTDR原理,可以将随时间分布的温度值对应到整条光纤上的不同位置,即得到沿光纤分布各点的温度值。

4 DTS光纤分布式温度监测系统在碾压混凝土坝的应用

4.1 DTS系统在碾压混凝土坝的优势

4.1.1 传统监测手段

一般采用分散型点式的铜电阻式温度计(热电偶)监测。

存在的主要问题如下:

1)施工干扰大,不利于大场面工作;

2)获得信息偏少;

3)每支温度计仅反映该点的温度,不能形成准确的温度场;

4)受电阻值的影响,如钻孔时将电缆皮钻破时或时间长久后,电阻值受影响,从而影响温度测量值及今后的自动化测量。

4.1.2 DTS分布式光纤测温系统

DTS分布式光纤测温系统优势如下:

1)施工干扰小,可用于后期的渗流监测、分析;

2)可监测温度的变化及不同方向的温度分布;

3)每25 cm长度为1个温度感应单元,可不间断、多点连续测量;

4)坝体内部布置光缆,可实时监测坝体内部温度,并预测可能出现的最高温度,实时了解坝体混凝土温度控制措施效果;

5)光纤具有抗拉、抗压性能,可单、双端测量[5]。

4.2 DTS系统在乐昌峡水利枢纽的方案

乐昌峡水利枢纽工程采用碾压混凝土重力坝,总库容3.74亿m3,电站装机132 MW。

碾压混凝土大坝温度控制对裂缝的预防起着举足轻重的作用。乐昌峡水利枢纽工程安全监测系统的有关设计文件中,用于温度监测的内部观测仪器都属于点式仪器,只能监测混凝土内部某个特定点处的温度,不能进行空间连续观测,通过插值计算可得到混凝土坝体内部温度场。

目前,分布式光纤温度监测系统已经广泛研究,并在电力、通信、水利等工程领域的应用中取得一些成果。为了更好地掌握碾压混凝土温度变化情况,采用分布式光纤温度监测系统很有理论依据和实践基础。目前乐昌峡水利枢纽筹建处正进行分布式光纤温度传感系统的研究和应用。

4.2.1 测温光纤布置和测温结果

DTS系统主要由分布式温度监测系统主机与专用测温光缆组成。为了有效地实现光纤分布式温度监测,光缆敷设的走向及位置确定是非常关键的,在确定光缆的敷设方案时,一定要能保证光纤测温实现以下目标:

1)反映浇筑层面混凝土的温度变化过程;

2)反映的混凝土温度应尽量少受冷却管降温影响;

3)反映混凝土层面上下游、左中右的温度变化;

4)反映混凝土层面中对称性温度场的变化。

T6-12温度计和光缆温度对比曲线如图3所示,116高程0+128~0+138断面、0+070~0+085断面的测温光纤埋设图和光纤测温-温度分布图分别如图4、5、6、7所示。

4.2.2 应用研究和成果

为了解分布式光纤实测大坝混凝土温度的真实性,选了一坝段的温度计与相应位置光纤测温测值进行比较。该温度计与所在位置光纤的测值的分布情况和测温光纤布置相对应,从图3可看出,温度计与光纤测值比较接近,温度值相吻合,2者温度及变化趋势一致,说明光纤测温数据可靠。

同时从图4、5、6、7可以看出分布式光纤能准确检测到碾压混凝土坝的温度分布规律,最大优点在于能实现实时空间温度场分布测量,每采集1次数据(整条光缆)的时间较短,单位信息量大,自动化程度高,可反映整个区域的温度场。

实时光纤测温结果对混凝土浇筑有着指导作用,混凝土浇筑后,温度在沿上、下游方向及不同高程的空间分布上变化不大,局部较小变化主要受外界环境气温及上、下层浇筑混凝土温度影响。仪器冷却结束后到2期冷却开始这段时间里,混凝土内部温度呈明显回升趋势。2期冷却结束后,在很长一段时间内,混凝土内部温度呈现缓慢回升趋势。

4.2.3 应用总结

2010年4~7月对乐昌峡水利枢纽碾压混凝土坝行了温度监测,获得了以下信息:

1)检测到了碾压混凝土坝的温度分布规律,对今后认识混碾压混凝土坝的运行规律具有较大意义;

2)通过施工期监测,在施工过程中对指导土建施工起到重要作用;

3)DTS系统灵敏度高,性能可满足工程要求,可广泛应用于坝体温度场、坝前水温、抗渗体渗漏定位、接缝止水损坏定位等监测;

4)DTS系统可以精确量测光程沿线各点的温度,信息密度大,运行稳定可靠,施工埋设简单,费用低廉,是一种理想的场信息监测产品。

5 结语

通过研究和应用分布式光纤传感技术,结果表明:分布式光纤传感技术应变测量能够较准确地测得被测量结构上任何一点温度,测量分辨率和精度满足工程监测要求,可以在工程监测作为一种新型分布式应变监测技术加以推广。

基于拉曼反射的分布式光纤传感技术在安全监测其他领域也可广泛应用,例如大坝渗漏和混凝土面板堆石坝脱空监测等方面可以进行研究和应用[6]。

大坝安全监测和分布式光纤传感技术经过数十年的发展,传统监测手段的可靠性得到了很大的提高,并逐渐取代人工观测,2种技术的结合在目前显得尤为重要。本课题经过2年多的研究和项目应用,基本能满足规范和使用要求,但在测量精度、方式等方面还可以深入做一些研究。

摘要：传统大坝坝体温度测量一般使用电类温度传感器,存在信息量少,难掌握坝体内部温度场的变化等问题。为此,研究和论证适合测温的分布式光纤传感技术,并根据碾压混凝土坝温控监测的常用方法,结合先进的分布式光纤传感技术在乐昌峡水利枢纽工程的应用,通过与常规温度监测系统热电偶的对比,着重讨论了分布式光纤测温系统在碾压混凝土大坝温度测量中的可行性和先进性,同时展望分布式光纤温度监测技术在安全监测其他领域的应用前景。

关键词：分布式,光纤监测系统,温度监测,传感技术,碾压混凝土坝

参考文献

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光纤自动监测系统应用 篇10

关键词：分布式光纤测温系统,工作原理,在线监测

随着经济社会的发展, 能源问题日益突出。为了响应国家走可持续发展道路的号召, 国家电网决定大力发展智能电网。智能电网对可靠性和稳定性的要求越来越高, 给电网的日常运行维护工作也带来了新的挑战和机会。在电力系统中, 电力电缆主要是用来进行电能的传递, 电缆常常因长期运行而发生绝缘老化, 由于所处外部环境恶劣及内部高负荷电流而引起局部高温甚至火灾, 而传统的运行维护方法主要靠人工进行日常巡视, 这需要大量人力和设备, 不能准确、快速地反映电力电缆的健康状况, 大大影响了电网的安全、可靠运行。因此, 很有必要对电力电缆进行实时在线监测, 从而能够及时进行故障诊断和定位, 使事故消除在萌芽状态。智能配电网中光纤复合架空相线 (OPPC) 和光纤复合低压电缆 (OPLC) 的大量使用, 为分布式光纤测温系统在电力电缆在线监测中的应用打下了扎实的基础。

基于分布式光纤传感技术的优势, 其理论和应用研究一直是国内外研究的热点[1]。1981年英国的南安普敦大学首次提出了分布光纤温度传感器系统的定义, 1987年英国YORK技术有限公司首次推出了商品化的拉曼后向散射效应的DTS分布式光纤温度传感系统。目前, 国外关于分布式光纤测温系统的研究已经相当成熟, 其测量距离最长可达30 km, 温度分辨率最高可达0.5℃, 空间定位精度最高可达0.5m;而国内同类产品的监测距离最大为5 km, 空间分辨率为2 m, 温度分辨率为1℃, 国内产品相比国外产品在性能指标上还存在一定的差距。

1 分布式光纤测温系统工作原理及特点

1.1 定位原理

分布式光纤测温系统在时域中利用OTDR (Optical Time-Domain Reflectometer) 技术原理来对不同的温度点进行精确定位。OTDR技术基于光的瑞利散射和背向反射原理, 当光脉冲在光纤中进行信息传递时, 光纤上的每一处都会发生散射现象, 散射大小和光功率强弱成正比, 光功率和光纤的衰耗情况有光。由于瑞利散射是全方位的, 有一部分光会反向传输到输入端形成背向散射光, 利用OTDR探测器测量到的入射信号到达某测温点后返回信号所用的时间, 可以初步计算出该测温点的位置[2], 即:

式 (1) 中:L为测温点距离人射点的距离;C为光脉冲在真空中的速度;n为光纤纤芯的折射率大小;t为信号从发射到返回的时间。

1.2 测温原理

DTS (Distributed Temperature Sensor) 光纤分布式温度测量系统利用光子的拉曼散射温度效应来实现温度的检测。光纤本身不仅进行信号传输, 还用于探测温度, 即传播传感一体化。当激光脉冲在光纤中传输时, 光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换会产生拉曼散射。若一部分光能转换成热振动, 则会产生一个比光源波长长的光, 称之为斯托克斯光 (Stokes) , 如果一部分热振动转换成为光能, 则会产出一个比光源波长短的光, 称之为反斯托克斯光 (Anti-Stokes) [3,4,5]。

Stokes光强:

Anti-Stokes光强:

由于Stokes光强度受温度的影响很小, 可忽略不计, Anti-Stokes光强度会随着温度的变化而变化。而Anti-Stokes光与Stokes光的强度之比提供了一个关于温度的函数关系式, 即:

式 (2—4) 中:Ia, Is分别为Anti-Stokes和Stokes的光强度;λa, λs分别为Anti-Stokes和Stokes的波长;h为普朗克常量;c为光速;k为波尔兹曼常数;T为绝对温度;Δγ为偏移波数。

光在光纤中传输时后向拉曼散射光沿光纤原路返回, 被光纤探测单元接收。测温主机通过测量背向拉曼散射光中Anti-Stokes光与Stokes光的强度比值的变化就可实现对外部温度变化的监测。

1.3 工作原理

分布式光纤测温系统的原理是利用激光在光纤中传输时产生的拉曼 (Raman) 散射和光时域反射原理来获取空间温度的分布情况, 其工作原理如图1所示。

光发射机在同步控制单元的触发下, 形成一定周期和持续时间的短脉冲光, 该脉冲驱动半导体激光器产生大功率的光脉冲, 脉冲光通过光耦合器连接到恒温槽, 然后进入传感光纤。其中, 恒温槽用于系统标定温度。同时, 双向耦合器将散射回来的后向拉曼光耦合至光处理系统。通过分光器, 滤出Stokes光和Anti-Stokes光, 分别进入不同的光路进行处理。由于散射光中还夹杂着其它散射光和干扰光, 所以需要对两路光进行一定的带通滤波处理。由于后向拉曼散射光的强度非常微弱, 拉曼散射光进而通过APD (雪崩光电二极管) 进行光电转换和放大, 得到一定范围的有效电压值。然后由数据采集单元进行高速数据采样并转换为数字量, 最后经过信号处理器对信号进一步处理, 便可将温度信息实时计算出来。同时根据光纤中光的传输速度和后向光回波的时间对温度信息定位。

工作人员根据实际情况预先在系统中预先设定测温光纤的始末长度与测温的距离间隔, 以每个点测得的温度值作为提取对象, 在数据提取程序下对这些点所在光纤上的刻度值进行定义, 从而实现对监测点的温度值实时在线监测。分布式测温系统按照设定的间隔每隔一定时间针对所有监测点记录相关温度数据, 随着通信网络的大力发展, 网络结构越来越复杂, 线路长度越来越长, 产生的数据也越来越大, 相关管理和处理也越来越困难, 如采用传统人工的检查和处理, 则工作量非常巨大, 且容易遗漏与出错。分布式测温系统采用数据库系统编程的方式来进行数据导入、异常数据的检验、数据处理后的导出等操作, 并能够与常规温度计实测温度进行差值比较, 按差值大小来进行自定义显示, 进行修改或者剔除等处理操作, 提高了光纤数据前处理工作的效率。系统采用统计检验方法识别温度异常值。统计检验方法采用统计理论进行观测资料检验, 因为有一定的数学依据和判断标准, 很大程度上减少了分析人员的主观性, 也不依赖于分析人员的经验和技术水平。对于异常温度测值, 程序可以根据识别因子判断并作出标记, 如果程序判断为温度异常数据, 将通过操作将异常温度测值直接剔除。

1.4 技术特点

传统的电温度传感器包括传统的热电偶传感器、热电阻传感器以及特殊的半导体传感器等, 这些传感器容易受电磁干扰, 同时易燃、易爆, 腐蚀性差。由于是点式测量, 有盲区, 在现实工作中, 也不便于安装、布线, 维护工作量大, 成本高。分布式光纤测温系统与传统的电缆感温系统相比, 有以下优点:

(1) 以光纤为媒介, 光纤的纤芯材料为二氧化硅, 耐腐蚀, 不受电磁干扰, 使用于特殊场合;

(2) 线性测量, 无盲区, 可以准确地测出光纤沿线任一点的温度量, 灵敏性高, 信息量大, 数据直观;

(3) 光纤体积小, 重量轻, 抗拉伸, 同时纤细柔软, 便于安装;

(4) 监测距离长 (可至10 km) , 一条光缆即可完成控测和信号传输, 所有设置都在终端完成, 整个系统简单稳定, 易于维护操作;

(5) 温度达到报警值, 不影响系统的正常使用, 可靠性高, 使用寿命长。

2 分布式光纤测温系统在电力电缆中的应用

2.1 在线监测系统网络结构

基于分布式光纤测温的电缆监测系统可采用B/S结构, 其网络结构如图2所示。

DTS设备负责进行测温, 将所得的数据保存在数据库服务器中, 中心服务器完成综合监视、数据管理、事件管理、台账管理、统计管理和系统管理。用户可以通过操作终端连接到监测服务器, 获取相关数据, 完成各项任务, 实现系统的各项操作功能。同时, 该监测系统网络级互通接口实现与其他网管系统、资源管理数据库系统等系统互通, 从而实现资源共享。该监测系统能查询其他系统的相关数据, 其它系统也能从该在线监测系统中提取自己所需的信息。通过这种基于B/S的模式控制简单, 系统扩展性好。

2.2 实际应用效果

(1) 无锡某电力管廊10 k V电力电缆采用了外置式光纤测温系统进行在线监测。状态检测主机和DTS测温主机均安装于监控室的控制柜中, 探测光缆沿着电缆表面敷设, 且每隔1 m使用尼龙扎带或固定夹具进行绑扎, 探测光缆安装示意如图3所示。

探测光缆既可以作为温度传感器感应温度信息, 又可以作为信息传输通道将相关温度信息传送给DTS测温主机进行处理。DTS测温主机与电力电缆状态监测主机之间通过TCP/IP协议进行通信, 通过检测主机内置软件实现对DTS测温主机和监测范围进行相关配置, DTS测温主机将温度信息传送给电力电缆状态监测主机内置软件进行后期处理, 输出实时电缆温度及报警信息等。

(2) 无锡某小区1号公配所至2号楼的10 k V电力电缆采用了内置式光纤测温系统进行在线监测。状态检测主机和DTS测温主机均安装于公配所的控制柜中, 采用光纤复合电缆中的内置光纤来进行探测, 安装示意如图4所示。

分布式光纤测温技术在电力电缆中的应用, 可以有效地监测电缆在不同负载下的发热状态, 积累历史数据;通过载流量分析, 可以保证在不超过电缆允许运行温度的情况下, 最大限度地发挥电缆的传输能力, 降低其运行成本;进行老化监测, 发现电力电缆上的局部过热点, 及时采取相关降温措施, 延缓电力电缆老化的速度;进行实时故障监测, 及时发现电缆运行过程中的外力破坏等。

(3) 电力电缆状态监测主机一般安装于变电站监控室或者中央控制室内, 电力电缆状态测温软件通常内置于主机内, 用户可以通过状态监测系统可以及时、准确地了解电力电缆的工作状态。分布式光纤测温系统界面可以实时地显示各电力电缆线路上的温度分布曲线、各点温度随时间的变化曲线、不同区域的独立报警、最高温度的报警、温度上升速率的报警等。

3 结束语

基于分布式光纤测温系统的电力电缆在线监测系统, 通过将导线、电缆张力、温度、垂度、信息和电气相关信息相结合, 不但能够实现实时对电力电缆负荷情况的在线监测, 还能够及时、准确地进行限制电缆载流量瓶颈点的温度监控和定位, 方便了电力部门及时调整负荷和线路的日常维护, 减少了由于停电对用户带来的经济损失。更为重要的是, 通过将故障电量信息与温度信息进行实时显示处理, 能够对电力电缆故障进行及时报警, 迅速准确地确定电力电缆的故障点位置, 指导相关检修人员及时赶到事故地点进行电力电缆修复, 大大提高了供电的可靠性。分布式光纤温度测量系统是目前电力电缆在线监测最有效的手段之一。

参考文献

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光纤自动监测系统应用 篇11

1 光纤通信技术的特点分析

根据相关资料来看, 光纤通信有着传输容量非常大、抗电磁干扰能力很强、传输衰耗很低等多种特性, 从而在电力系统中应用非常广泛。当前, 光纤有很多种, 不只有普通的光纤, 还有电力特种光纤, 如光纤复合相线、光纤复合地线、全介质自承光缆等, 而应用比较广泛的特种光纤是光纤复合相线、全介质自承光缆。

1.1 最大化实现抗电磁干扰

目前, 光纤使用的绝缘体材料都是以石英材料为主, 其耐腐蚀性效果较强, 并能有效抵御光波给免疫系统带来的干扰, 自然的雷电现象都不会对其产生影响, 更重要的是不会因为人为原因导致的电磁干扰而产生任何作用。目前的光纤都是与电压输电线架设方式一样, 互相平行架设, 并能组合电力导体形成符合光缆, 能够为电力系统自动化系统的通信系统带来很多有利因素, 更不会因为电磁脉冲效应而产生不良作用。

1.2 增加通信容量

光纤的传输宽带比铜线和电缆都远, 其调制方式和特性都具有独特性。这种独特性的优势, 不会因为光纤通信系统的单波进行有效发挥, 而要有效增加传输效果, 还需要采用一些稍微复杂的技术来实现。特别是在波分技术的应用上, 更能使光纤传输的容量大幅度上升。

1.3 降低损耗

目前, 市场上的商品石英光纤损耗都比较低, 其在传输上产生的损耗也比其它传输介质要低。随着未来通信技术的不断发展, 非石英系统会越加广泛, 其会更大程度降低光纤的损耗, 这也是未来光纤通信系统的发展方向。传输线路如果较长, 采用对继站的数目有效减少, 可以降低光纤通信系统的整体成本和复杂程度。

1.4 良好的保密性能

在电波的传输过程中, 传输通道会因为电磁波泄露而产生信息被窃听的可能, 其保密性能较差。而光波在光纤中传输, 光信号因为光波导结构起到了良好的保护作用, 任何可能被窃取的光射线都会被环绕光纤上的包皮完全吸收, 同时还能避免因为串音带来的困扰。

2 光纤通信技术在电力系统调度自动化中的应用

当前, 将光纤通信技术应用到电力系统调度自动化中是势在必行的, 其能有效支撑电力系统的可靠性和安全性。

2.1 有效维护电力系统运行调度

电力系统的组成部分主要有: (1) 发电厂; (2) 输变电系统; (3) 配电系统等组合而成。在电力系统中, 保持系统正常运行的主要关键是信息的采集和信息的传输, 这也说明, 电力系统中需要光纤通信技术发挥更为主要的作用。双光纤具有极其灵活的组网方式, 其主要分为几个类型: (1) 网状; (2) 环状; (3) 链型; (4) 星型; (5) 树形等。现代化电网配电自动化系统都具有智能的功能, 所以主要采用树型和环型结合的网络作为光纤网, 再根据计算机功能进行有效连接, 继而将资源进行传输和共享。其中, 由于有较多环路节点的原因, 要有效避免出现光缆设备故障和通讯异常等问题, 很多单位都应用了双光纤环路自愈网来避免, 并配置了多功能的光纤收发器, 其能具有自动切换和自愈的作用。如果出现光缆故障, 通过收发器的自愈功能来形成新的光纤路径, 为电网的正常运行和继电保护提供有效作用。

2.2 输电线路的有效保护

供电能对人们的生活和工作产生直接影响, 而供电单位也是一个单独的重要部门, 随着人们对电网可靠性的要求越来越高, 继电保护也成为供电单位最为重视的环节。当电力系统在产生系统故障时, 系统必须在智能化的操作下及时做出动作, 将问题尽快切除, 并在第一时间将故障清除, 避免出现其它问题, 而继电保护的拒动发生更是需要坚决避免的。电网保护的另外一种方式是纵联保护, 它的保护作用能对高压电网的正常运行带来直接关系。当发现故障时, 高压线路纵联保护两端的保护设备能够有效的实现交换故障信息, 并能快速检测出该故障是属于线路本身还是区外原因所致, 并能根据检测的故障结果自动化实现不同的处理方法。如果故障属于区外, 则不需进行动作, 如果检测出是区内故障, 则可以及时采取保护作用, 对故障进行切除。同时, 光纤的抗干扰性功能良好, 并具有较大的容量, 可以为电流差动保护的应用提供有力的技术支撑。

2.3 合理配置光纤通道

随着日益上升的电力通信需求量, 对供电系统的稳定性和可靠性都具有更高的要求, 电力信息的传输中介要求能够更稳定、更安全、更可靠。与此同时, 光纤技术正在不断完善和提升技术指标, 不仅能够满足社会的需求, 还得到了大家的一致认可。所以, 为了避免部分环路出现较多故障, 需要合理设置光纤通道, 才能真正保证光纤通信的流畅性。当前, 部分电力企业采用的方式是双光纤环路自愈网模式, 因此, 环网上的所有站都设置有相应的光纤收发器, 以便有效自愈和灵活的进行切换。在实践过程中, 采用十二芯的光缆进行通信环网A、B的构建, 以保证他们的独立性, 从而使所有站都可以接收到来自上述两个环网的信息。同时, 主站发送信息是通过串行口, 以便两个环网的信息能同时发送, 而A、B两个环网的信息在接收时, 需要设置对应的串行口。

2.4 光纤通信未来的发展趋势

光纤通信技术随着科技技术的发展也在不断进步, 并在现代生产生活中得到广泛应用。与此同时, 光纤通信技术在电力系统调度自动化中的应用得到了广泛认可, 并成为未来电力系统发展的主要方向。智能化是电力系统自动化的有效基础, 在信息传输过程中, 电力系统都是采用数字化来实现, 这要求光纤通信技术必须发挥更大的有效性。所以, 光纤通信技术必须不断累积当前经验, 积极进行改进和创新, 保证能够平稳的维护电力系统, 将当前所存在的技术难题一一突破。

随着调度自动化在电网系统中的逐渐加强, 传统复杂的人力劳动得到有效缓解。智能化的调度对配电网络结构的完善和优化有直接作用, 并能有利于运行程序的保护, 保证更为可靠的供电质量。光纤通信技术作为一种新型传输媒介, 在电力通信系统中得到广泛应用, 并结合电力系统的基础条件加以合理化的改进, 可以使电力系统的运转能力得到有效提升, 并能保证电力系统运行的安全性和稳定性。光纤通信技术未来还有很大的拓展空间, 其在电力系统调度自动化中的应用也会发挥更多有效作用。

3 结束语

总而言之, 将光纤通信技术应用到电力系统调度自动化中, 能为其自动化调度提供有力的技术保障。光纤通信自身安全、可靠的优势在电力系统中得到最大化发挥, 其未来的发展前景是十分广阔的。在通信技术的实际应用中, 应当注意做到与时俱进, 将其自身特点和优势充分利用, 为电力系统调度提供更多有利的作用。

参考文献

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