本實用新型涉及溫度檢測系統(tǒng)，具體涉及一種應(yīng)用在高壓輸電、配電電纜、動力電纜及高壓變電柜等電力設(shè)施中的溫度檢測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在高壓輸電、配電電纜、動力電纜(尤其是連接處)及高壓變電柜等電力設(shè)施中設(shè)置溫度檢測系統(tǒng)是必須的，通過檢測溫度可以及時了解供電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，對可能出現(xiàn)的故障及時處理，保證供電設(shè)備的安全工作。

傳統(tǒng)的溫度傳感器諸如熱電偶、鉑電阻、銅電阻等由于具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛采用，但是在易燃易爆或者電磁干擾強(qiáng)烈的惡劣環(huán)境中，這類溫度傳感器就無法正常工作。此外，這類溫度傳感器單點(diǎn)式測量的方法不能適應(yīng)分布式測量的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種電力設(shè)施中的溫度檢測系統(tǒng)，采用分布式光纖溫度傳感器，對沿光纖傳輸路徑的空間分布和隨時間變化的信息進(jìn)行測量和監(jiān)控，可以實現(xiàn)長距離、大范圍、高密度的監(jiān)測。

為解決以上技術(shù)問題，本實用新型采取如下技術(shù)方案：

一種電力設(shè)施中的溫度檢測系統(tǒng)，包括控制器、半導(dǎo)體激光器、定向耦合器、分布式光纖溫度傳感器、光電檢測器及A/D轉(zhuǎn)換器，控制器控制半導(dǎo)體激光器工作發(fā)出脈沖光功率，定向耦合器將脈沖光功率耦合到分布式光纖溫度傳感器并接收分布式光纖溫度傳感器引發(fā)的后向散射光，分布式光纖溫度傳感器設(shè)置于待測溫度場中，光電檢測器接收來自定向耦合器的后向散射光并對其進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器接收、轉(zhuǎn)換來自光電檢測器的信號，并將轉(zhuǎn)換后的信號傳送至控制器進(jìn)行處理。

優(yōu)選地，光電檢測器與定向耦合器之間設(shè)置分光裝置。

進(jìn)一步優(yōu)選地，分光裝置包括反斯托克斯濾光片及斯托克斯濾光片。

優(yōu)選地，A/D轉(zhuǎn)換器與光電檢測器之間還依次設(shè)有前置放大器和主放大器。

優(yōu)選地，半導(dǎo)體激光器采用GaAlAs半導(dǎo)體激光器。

優(yōu)選地，定向耦合器采用Y型耦合器。

優(yōu)選地，分布式光纖溫度傳感器包括光纖，光纖采用標(biāo)準(zhǔn)梯度多模通信光纖，光纖芯包比為62.5/125μm，數(shù)值孔徑0.27，單向平均傳輸損耗為3.1dB/km。

優(yōu)選地，光電檢測器采用雪崩光電二極管。

由于以上技術(shù)方案的實施，本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實用新型溫度檢測系統(tǒng)采用分布式光纖溫度傳感器，利用光纖作為溫度信息的傳感和傳輸介質(zhì)，將光纖沿溫度場（高壓輸電、配電電纜，動力電纜）敷設(shè)，測量光在光纖中傳輸時所產(chǎn)生的散射光，根據(jù)散射光所攜帶的溫度信息，同時采用光時域反射(OTDR)技術(shù)，對沿光纖傳輸路徑的空間分布和隨時間變化的信息進(jìn)行測量和監(jiān)控，光纖集光傳輸和光傳感于一體，這種傳感器能獲得光纖上任一點(diǎn)隨時間及空間變化的溫度信息，且探測距離長，而獲得單位信息的成本可大大降低；

2、本實用新型分布式光纖溫度傳感技術(shù)具有抗電磁干擾能力強(qiáng)、電絕緣性優(yōu)良、耐腐蝕性好、工作頻帶寬、響應(yīng)速度快、靈敏度高、動態(tài)范圍大等特性；

3、在本實用新型分布式光纖測溫系統(tǒng)中，光纖既是傳輸通道又是傳感介質(zhì)，外界溫度場以一定的空間分布方式對光纖中傳輸?shù)墓獠ㄟM(jìn)行調(diào)制，通過檢測調(diào)制信號可以獲得沿光纖長度方向被測量的連續(xù)分布值，從而獲得外界溫度場的空間分布，可以實時測量空間溫度場的分布。

附圖說明

圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框架示意圖；

圖2為本實用新型系統(tǒng)中Y 型耦合器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型系統(tǒng)中前置放大器的電路圖；

圖4為本實用新型系統(tǒng)中主放大器的電路圖；

圖5為本實用新型系統(tǒng)中脈沖驅(qū)動電源的電路圖；

其中：1、控制器；2、脈沖驅(qū)動電源；3、半導(dǎo)體激光器；4、定向耦合器；5、分布式光纖溫度傳感器；6、分光裝置；7、光電檢測器；8、A/D轉(zhuǎn)換器。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體的實施方式對本實用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

如附圖1所示，本實用新型一種電力設(shè)施中的溫度檢測系統(tǒng)，包括控制器、半導(dǎo)體激光器、定向耦合器、分布式光纖溫度傳感器、光電檢測器及A/D轉(zhuǎn)換器，控制器控制半導(dǎo)體激光器工作發(fā)出脈沖光功率，定向耦合器將脈沖光功率耦合到分布式光纖溫度傳感器并接收分布式光纖溫度傳感器引發(fā)的后向散射光，分布式光纖溫度傳感器設(shè)置于待測溫度場中，光電檢測器接收來自定向耦合器的后向散射光并對其進(jìn)行光電信號轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換器接收、轉(zhuǎn)換來自光電檢測器的信號，并將轉(zhuǎn)換后的信號傳送至控制器進(jìn)行處理。

在本實施例中，半導(dǎo)體激光器采用GaAlAs半導(dǎo)體激光器，主要參數(shù)如下：

(1)中心波長：905 nm；

(2)重復(fù)頻率(Prf)：5 kHz；

(3)峰值電流(Ip)：4 A；

(4)峰值功率(Po)：10 W；

(5)激光器和光纖的耦合效率：65%；

對于同一傳感光纖而言，系統(tǒng)的中心波長越長，相應(yīng)拉曼散射信號與激發(fā)信號之間的距離也越大，對提高系統(tǒng)的實際溫度靈敏度越有利，測量光纖最遠(yuǎn)端對應(yīng)的測量點(diǎn)最佳中心波長就是系統(tǒng)的最佳中心波長。

在本實施例中，光電檢測器采用雪崩光電二極管，雪崩光電二極管的主要參數(shù)：

(1)工作電壓：236.8 V；

(2)極限電壓：247.2 V；

(3)暗電流：19.2 nA；

(4)響應(yīng)度：65 A/W (900 nm)；

(5)噪聲：0.12 pA/Hz。

在本實施例中，定向耦合器采用Y型耦合器，結(jié)構(gòu)如附圖2所示，其中，1-2端與2-3端的損耗越小越好，1-3端與2-1端的隔離度越大越好。

在本實施例中，分布式光纖溫度傳感器包括光纖，光纖采用標(biāo)準(zhǔn)梯度多模通信光纖，光纖芯包比為62.5/125μm，數(shù)值孔徑0.27，單向平均傳輸損耗為3.1dB/km。

在本實施例中，A/D轉(zhuǎn)換器考慮性能和價格比采用ICL7135集成電路。ICL7135為全MOS工藝4位半雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，可在單極性參考電壓供給下對雙極性輸入的模擬電壓進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，并輸出自動極性判別信號。它采用了自校零技術(shù)，可保證零點(diǎn)在常溫下的長期穩(wěn)定性，零點(diǎn)的溫度系數(shù)＜2μV/℃，模擬輸入可以是差動信號，輸入阻抗極高，輸入端零點(diǎn)漏電流＜10pA。

在本實施例中，光電檢測器與定向耦合器之間設(shè)置分光裝置，反斯托克斯濾光片及斯托克斯濾光片，反斯托克斯濾光片的中心波長：826 nm，F(xiàn)WHM：16 nm，斯托克斯濾光片的中心波長891 nm，F(xiàn)WHM：16 nm。

轉(zhuǎn)換電路，所需電壓幅值一般為2 V，因為光電檢測器實行光電信號轉(zhuǎn)換的信號較弱，要經(jīng)過前置放大后，還需應(yīng)用放大電路，經(jīng)主放大后，送高速A/D 轉(zhuǎn)換器接收轉(zhuǎn)換，所以，A/D轉(zhuǎn)換器與光電檢測器之間還依次設(shè)有前置放大器和主放大器，其中前置放大器的放大電路如附圖3所示，主放大器選擇MAX4107做前放級及放大主體，MAX4107主要的性能特點(diǎn)是高速低噪音，尤其在閉環(huán)增益中性能表現(xiàn)穩(wěn)定，頻帶寬度也能滿足所需，放大電路如附圖4所示。MAX4107 的主要技術(shù)指標(biāo)為：

(1)只需要15 mA 就能分別得到350 MHz或300 MHz的帶寬；

(2)等效輸入電壓噪聲0. 75 nV Hz；

(3)高增益輸出能夠達(dá)到±3.2 V；

(4)電壓搖擺率500 V/ μ s。

該主放大器的放大倍數(shù)為A=l＋R3/R2，其中R3為反饋電阻，為了后續(xù)電路的正常工作，設(shè)計時需要設(shè)定合理的R3和R2值，以便得到所需幅值的輸出電壓，即有Uo=AUi=(1+R3/R2) Ui。

在本實施例中，脈沖驅(qū)動電路由DDS直接合成數(shù)字芯片AD9859組成，驅(qū)動信號發(fā)生器采用analog公司2004年推出的一款最高輸出頻率可達(dá)200MHz 的AD9859，它是采用先進(jìn)的直接數(shù)字頻率合成（簡稱DDS，即Direct DigitalFrequency Synthesize）開發(fā)的高集成度器件，其電路圖如附圖5所示。

本實用新型溫度檢測系統(tǒng)的作用過程如下：由控制器發(fā)出周期脈沖電信號，啟動半導(dǎo)體激光器（LD）的脈沖驅(qū)動電源工作，驅(qū)動半導(dǎo)體激光器LD工作，LD發(fā)出的脈沖光功率，經(jīng)過定向耦合器耦合到傳感光纖中，傳感光纖則置身于待測溫度場中，在傳感光纖中傳播的光脈沖，其傳播過程中各點(diǎn)位置上引發(fā)的散射光(拉曼散射光中的斯托克斯和反斯托克斯)中的后向散射部分再次經(jīng)過光纖傳輸通道進(jìn)入定向耦合器耦合到接收通道，通過光學(xué)濾波后，濾掉能量相對較強(qiáng)的瑞利后向散射光，分離出載有溫度信息的反斯托克斯光和參考用的斯托克斯光，分別被光電檢測器實行光電信號轉(zhuǎn)換，再經(jīng)過前置放大器和主放大器放大后，被A/D轉(zhuǎn)換器接收轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換由控制器發(fā)出脈沖啟動LD驅(qū)動源后，同時啟動數(shù)字信號處理（數(shù)字多點(diǎn)信號平均器，存貯，周期信號的線性累加）部分，然后控制器再次發(fā)送出脈沖，重復(fù)上述過程M次后，即實現(xiàn)了數(shù)字平均，抑制了噪聲，提高了信噪比，通過溫度對信號的對應(yīng)關(guān)系，配合顯示，完成了對待測溫度場的分布式溫度測量，并打印及顯示在計算機(jī)屏幕上或報警。

本實用新型采用分布式光纖溫度傳感器，對沿光纖傳輸路徑的空間分布和隨時間變化的信息進(jìn)行測量和監(jiān)控，可以實現(xiàn)長距離、大范圍、高密度的監(jiān)測。

以上對本實用新型做了詳盡的描述，但本實用新型不限于上述的實施例。凡根據(jù)本實用新型的精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。