基于光電纜的分布式溫度傳感網(wǎng)絡(luò)的實(shí)驗(yàn)研究

準(zhǔn)備了一條長(zhǎng)100 m 的110 kV 的光電纜，其內(nèi)部含有多個(gè)光纖光柵，取其中的三個(gè)點(diǎn)P1、P2、P3 作為實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，同時(shí)分別在每個(gè)光柵的位置上放置一個(gè)準(zhǔn)確度很高的鉑電阻溫度傳感器，作為光纖光柵測(cè)溫的對(duì)照。光電纜在通電前溫度為25℃，通電后立即開始計(jì)時(shí)，在光電纜內(nèi)部溫度穩(wěn)定之前每隔兩分鐘分別讀取監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和鉑電阻所測(cè)的溫度值。在光電纜內(nèi)部溫度基本穩(wěn)定以后，再每隔十分鐘分別讀取光纖光柵傳感所測(cè)的數(shù)據(jù)和鉑電阻所測(cè)的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)繪制成曲線，分別如圖12、圖13 和圖14 所示。圖15為三個(gè)測(cè)量點(diǎn)處的光纖光柵所測(cè)數(shù)據(jù)與鉑電阻所測(cè)數(shù)據(jù)的偏差曲線圖。

圖12 P1 點(diǎn)的溫度測(cè)量結(jié)果曲線

圖13 P2 點(diǎn)的溫度測(cè)量結(jié)果曲線

圖14 P3 點(diǎn)的溫度測(cè)量結(jié)果曲線

圖15 光柵所測(cè)溫度與鉑電阻所測(cè)溫度偏差曲線

由圖中可以看出，光電纜在加電以后溫度逐漸上升，在49.5℃左右的時(shí)候基本保持穩(wěn)定，只在小范圍內(nèi)浮動(dòng)。由電纜的溫度場(chǎng)分析可知，電纜纜芯的溫度大約為49℃，數(shù)據(jù)比較接近。由圖15 可知，三個(gè)測(cè)量點(diǎn)處每根光柵所測(cè)得的數(shù)據(jù)與鉑電阻所測(cè)數(shù)據(jù)極為接近，它們二者的實(shí)際偏差在0.6℃的范圍內(nèi)。由此可知本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)確度較高。

4 結(jié) 論

本文對(duì)光電纜內(nèi)部的溫度場(chǎng)特點(diǎn)進(jìn)行研究后，結(jié)合熱傳導(dǎo)方程和邊界條件，利用Ansys 對(duì)光電纜內(nèi)部的溫度場(chǎng)做了詳盡的分析，并提出了一種基于可調(diào)諧脈沖激光的實(shí)用分布式全同光柵溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是突破了寬帶光源的帶寬限制，通過在一根光纖上連續(xù)刻制大量中心波長(zhǎng)相同的光柵，光柵的數(shù)量?jī)H受激光器功率的限制，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)不同位置進(jìn)行同時(shí)監(jiān)測(cè)的要求。通過仿真對(duì)上述觀點(diǎn)進(jìn)行了理論分析后，說明了此方案的可行性。經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，通過光譜儀和示波器接收到的光譜圖和電壓信號(hào)驗(yàn)證了此方法的正確性。對(duì)中心波長(zhǎng)為1 550 nm 的光纖光柵進(jìn)行溫控對(duì)比實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，光柵的溫度敏感性可達(dá)11.4 pm/℃，光柵的測(cè)量溫度與實(shí)際溫度的誤差在3%范圍內(nèi)，進(jìn)一步證明了該系統(tǒng)適用于分布式多點(diǎn)的測(cè)量。