分布式光纖溫度傳感器技術白皮書

第一章   前言

        分布式光纖溫度傳感器自問世以來，在全世界得到了廣泛應用和研究。光纖溫度傳感器系列已經應用于大型建筑、交通運輸、隧道、堤壩、電力工程、石油化工、煤礦工程等諸多領域。新型分布式光纖傳感網，成為工業在線監控和溫度檢測火災防治的革新手段?，F在國內每年應用分布式光纖溫度傳感器系統完成大型工程項目達數百項，產生了良好的經濟效益。但是，隨著工程應用的逐漸增加，對分布式光纖溫度傳感器本身的要求也在不斷提高。早期系統的性能參數已經不能滿足市場的需求，因此，研制高精度、長距離、快速響應、高空間分辨率的超遠程分布式光纖溫度傳感器系統是順應社會發展趨勢。

第二章   產品介紹

1.產品簡介

      瑞萊杰森分布式光纖溫度傳感器（RLS-DTS）系列產品是一個高精度長距離快速響應的連續線性溫度傳感器，產品由光纖測溫主機、感溫光纖、系統管理軟件及相關附件組成。光纖在系統中同時作為傳輸載體和傳感器，背向 Raman 散射光強度受整段光纖各處空間上的溫度場調制后，被DTS光纖溫度傳感系統檢測并進行解調，得到整段光纖上的溫度場分布。

      產品獨創的設計和特殊的技術方法實現實時感知被監測項目幾千米甚至幾十千米的溫度分布，空間采樣間隔僅1m，檢測周期可達秒級，也可以針對重點區域進行重點監控，針對溫度異常變化，實時觸發聲光預警。

2.核心價值

   對可能的電源電路、設備溫度引發的問題進行持續預警。

   根據采集的溫度數據分析，提高電路額定值、提升油氣田產量。

   確定線路熱點，展示溫度趨勢，電路實時載流量。

   通過主動資產管理最大限度地延長電源電路、設備壽命。

   通過快速定位事件減少停機時間 、定位油氣層位置。

   各種高危場所、樓宇、管廊等環境火警隱患發現。

3.產品核心技術

      智能蒙皮傳感：瑞萊杰森用光纜織成網格擬態人類皮膚傳感功能，光與被監測物物融為一體，光纜作為光量子信息載體感知監測物任何位置的溫度形成物聯網前端感知蒙皮，AI識別監測物健康狀態，這是瑞萊杰森廣泛使用的分布式傳感技術。

      獨創的原始信號幅度自適應調整方法、群論修復模型：利用自創的分布式傳感器系統體系架構和理論算法實現對光纖沿線溫度進行實時采集計算，連續測量預警，獨創的原始信號幅度自適應調整方法、群論修復模型等技術方案實現測量精度達到0.5℃，1年的溫度漂移僅0.05℃，采用單路系統自解調溫度方案降低系統成本。

      創新設計方案，提高了測溫精度：放棄了兩路信號相除的傳統方法，噪聲帶不增加，也沒有傳統方法造成的兩路信號之間的“走散”現象，采用設計方法，提高了測量精度，精度達到0.5℃內，比國外先進產品高出1倍以上。

     測量距離延長：接近反斯托克斯閾值光功率（比斯托克斯閾值大幾個數量級）注入傳感光纖及接收器不分光的技術，獲得最大的解調信號值，延伸了測量距離，比傳統方法的測量距離延長了1倍以上。

     低成本：采用首創的單路系統自解調溫度方案，降低了系統成本，省掉了另一路探測單元及處理單元，系統出錯概率減少和數據傳輸節省一半時間，測量速度大大提高，比采用傳統方法的測量速度快2倍以上。

4.產品的性能指標

第三章   產品特點

      高精度：探測精度高出同業10倍，定位精度到1米，秒級定位。

      高安全性：本征安全，無源防爆、抗電磁干擾，環境要求低。

      高可靠性：7*24小時實時在線連續監測，全域分布無盲點。

      靈活性高：靈活設置個性化指標，針對重點區域和特定環境可以重點監控。

      系統易擴展：只要更換通道擴展模塊，單臺DTS主機最多可擴展至16通道。

      高集成性：組網靈活，單機與云端無縫協同工作；智能融合，與監控   中心其他監控設備軟件集成。

      易維護：系統結構簡單，對部分模塊或軟件升級便可以實現系統升級， 安裝和維護便捷。

      使用壽命長：傳感光纖使用壽命長達幾十年，維護成本低。

第四章   產品功能

      產品設計充分考慮易用性和便捷性，將復雜的邏輯由計算機后臺完成，面向客戶的只有一個大屏，可以完成所有的維護和管理工作，監控和管理信息一目了然，客戶端主要包括如下功能：   

      監控設置：針對需要監測的重點區域提供靈活的多參數設置功能，同一項目可以設置多監測區域，不同監測區域設置不同的監測指標，實現差異化管理。

     溫度感知：系統按每米間隔，秒級采集監測物沿線的溫度，實時處理形成整個項目的溫度場，針對監測重點，秒級處理，在界面上實時展現項目整體情況。

     實時預警：針對超過閾值的異常溫度情況，實時展現在監控屏幕，實時觸發短信、聲光等多中方式告警，聯動消防等多設施進行實時處理。

     歷史數據回放：可以靈活的查詢各個點、各個分區不同時間段的溫度變化，分析報警情況，優化設施布局，為項目的持續優化和后期建設提供良好的基礎。

     系統自檢：自動監測系統的健康狀況，易于維護。

第五章   部署方式

單臺設備使用連接圖如下：

第六章   應用場景

      電力行業：電纜隧道溫度及火災監測、電纜溫度監測；輸電線路導線溫度在線監測、輸電導線載流量監測，額定額監測和提升；變壓器繞組在線溫度監測、變電站、發電廠的高壓開關柜等電器設備溫度監測；配電站在線溫度監測；發電廠火災在線監測、發電機溫度實時在線監測、熱力管道泄露實時在線監測；長距離海纜的表面溫度、導體溫度、接頭溫度在線監測、海纜載流量在線監測等。

      交通運輸行業：公路隧道火情監測，避免重大人員傷亡；地鐵區間隧道電纜橋架溫度與火災監測，地鐵電力設備溫度監測等。

      石化行業：儲油罐區在線溫度監測，避免火災引發的重大損失發生。對油井溫度實時測量，提高原油采收率，準確判斷原油位置，提高油氣田產量。對電纜溝、電纜橋架、煤倉、輸煤皮帶、各種油脂油箱、儲罐及管道等位置進行溫度監測，為煤化工企業提供有效的溫度實時在線監測和火災預警手段等。

      航空航天：飛機的電機、電路等連接部位運行溫度，以及外部環境溫度實時在線監測等。

      智慧城市：市政地下綜合管廊、樓宇廠房等火災監測，避免重大財產損失和人員傷亡等。

      煙草行業：煙草的煙葉初烤、復烤、發酵、存儲環節進行精準溫度控制，提升煙草質量和香煙成品的品質；對煙廠、存儲倉庫進行溫度實時在線測量，防范火災引發的重大損失等。

第七章   典型案例

1. 電力設備溫度與電氣火災實時在線監測

       高壓開關柜承擔正常線路的投入、退出以及故障線路的切除，對電網和負荷的安全、穩定運行起著控制和保護雙重作用。使用時間過長、過載、絕緣老化等均會導致高壓開關柜局部過熱現象發生。由于開關柜所有隔室呈封閉狀態，發熱又是一個不斷積累的過程，如果能夠發現溫度異常并采取措施，將會避免過熱導致的觸頭或連接點溫度上升過高，最后引發燒毀的情況發生，避免對設備、財產及人員安全形成威脅。

• 政策法規

       國標GB/T11022-2011《高壓開關設備和控制設備標準的共用技術要求》中對高壓開關設備和控制設備各部件、材料和絕緣介質的極限允許溫度以及溫升極限等做了詳細規定。

   GB50116火災自動報警系統設計規范中電氣火災要求在高壓開關柜中設置光纖式火災探測器。

• 解決方案

      成都瑞萊杰森科技有限公司的分布式光纖溫度監測系統由分布式光纖傳感器、感溫光纖以及相關軟件組成，提供高精度快速響應的溫度測量。

       將瑞萊杰森分布式光纖溫度監測系統的光纜布放在高壓開關柜進線銅排、觸頭、出線電纜接頭等位置上，就能實現24小時連續在線溫度監測，出現溫度超高，異常升溫等實時觸發聲光報警，通知相關人員及時檢修，也可聯動其他設備處理，防止火災或者設備損毀的情況發生，保障開關柜設備安全運行。

• 系統組網方案

2.公路隧道火災實時在線監測

       公路隧道帶來了交通的便利，但是由于長期日曬雨淋、電氣設備老化、交通事故等原因導致在隧道中發生的火災也越來越頻繁。隧道一旦發生火災，容易對交通造成中斷，對洞內人員、車輛和設備安全構成重大危害，如果發生爆炸，還可能導致隧道損毀，帶來重大人員和財產損失。

• 政策法規要求

      GB50116-2013《火災自動報警系統設計規范》和GB50116-2013《火災自動報警系統設計規范》中都規定應對城市道路隧道、特長雙向公路隧道和道路中的水底隧道設線型光纖感溫火災探測器。

   交通部頒布的JTT 610-2004《公路隧道火災報警系統技術條件》推薦采用線型光纖感溫火災探測器。  

• 解決方案  

       沿公路隧道沿線布設光纜，可以實時在線測量隧道溫度情況，實時發現隧道內的溫度異常變化及火焰蔓延方向，秒級通知到相關人員；也可以在監控中心的大屏上實時看到隧道溫度異常變化情況以及火焰蔓延方向；還可以聯動滅火裝置，第一時間聯動滅火。

   隧道現場只布設有一根感溫光纖對隧道沿線的溫度進行實時在線監測和火災探測，其他設備安裝在公路管理監控中心機房，整個方案安全可靠，全套系統能夠很好滿足隧道火災進行在線溫度監測的要求，是現代消防報警的理想高科技產品。  

• 系統組網

第八章   技術專利

1.知識產權及專利介紹

       公司專注于分布式光纖傳感器和光量子傳感器的理論研究和應用研究，致力于為全球提供專業的分布式光纖傳感解決方案，為地球構建感知系統。公司極其重視專利技術，目前已擁有幾十項知識產權及發明專利，可廣泛應用于電力、交通、石化、航天、煙草等各種領域。

第九章   附 錄

1.公司介紹

       公司成立于2014年12月，是由留美博士和大學教授創建的高新技術企業，專注于分布式光纖傳感器和光量子傳感器的理論研究和應用研究；公司秉持責任、擔當、共贏、為客戶創造價值的原則，用環?？萍挤丈鐣?，致力于為地球創建感知系統，服務人類智慧生活。

       從2004年開始，公司逐步解決了信噪辨識、光衰減、弱信號提取、量子糾纏、自激漂移、人工智能融合等一系列困擾業界的難題，在分布式光量子傳感器領域擁有獨創的技術理論體系。設計的分布式光纖傳感器系統，在穩定性、靈敏度、精確度、探測距離、功耗等方面處于國際領先地位。所研發的分布式光纖溫度傳感器的探測精度高出國內同業10倍，高出國際水平2倍；測量距離超過國內同業4倍，初始響應速度快于國際水平3倍，屬于國際最高水平。采用全新理論和特殊的架構研制的分布式光纖振動傳感器系統在世界上首次實現了多個并發振動源快速精準定位，實用性和精準性居于業界最高水平。所開發出的分布式光纖應力傳感器系統能夠探測到環境外力的微納級變化，是世界上首套能夠感知徑向應力和切向應力的光纖傳感器系統。應用創新理論開發出的分布式光纖聲音傳感器系統能夠探測0到40KHz的信號變化，探測距離和靈敏度遠高于同業水平。