光纖測溫技術(shù)利用光纖作為傳感介質(zhì)，通過檢測光纖中傳輸?shù)墓庑盘栯S溫度變化而產(chǎn)生的特性改變，從而實現(xiàn)對溫度的測量。根據(jù)傳感原理和實現(xiàn)方式的不同，光纖測溫技術(shù)主要分為以下幾種：

1. 熒光光纖測溫 (Fiber Optic Fluorescence Thermometry, FOFT)

• 原理：?熒光光纖測溫基于某些特定材料（通常是摻雜稀土離子的玻璃或晶體）在受到特定波長光激發(fā)后會發(fā)射出熒光的現(xiàn)象。熒光光譜的特性（如熒光強度比、熒光壽命等）與溫度密切相關(guān)。通過測量這些熒光特性，可以精確地反演出被測點的溫度。

• 特點：

  • 高精度：?熒光壽命對溫度的依賴性非常穩(wěn)定且靈敏，可以實現(xiàn)較高的測溫精度。

  • 本質(zhì)安全：?光纖本身不導(dǎo)電，適用于易燃易爆等危險環(huán)境。

  • 抗電磁干擾：?光信號傳輸不受電磁場的影響。

  • 點式測量：?通常為點式或少點測量，但可通過光纖探頭的布置實現(xiàn)多點測量。

  • 響應(yīng)速度較快：?熒光壽命的變化通常在微秒或毫秒級。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：?電力設(shè)備（變壓器繞組熱點監(jiān)測）、醫(yī)療領(lǐng)域（微創(chuàng)手術(shù)溫度監(jiān)測）、化工行業(yè)（反應(yīng)釜內(nèi)部溫度監(jiān)測）、航空航天（發(fā)動機部件溫度監(jiān)測）、科研領(lǐng)域等對精度和安全性要求高的場合。

2. 分布式光纖測溫 (Distributed Optical Fiber Thermometry, DOFT)

• 原理：?分布式光纖測溫利用光纖本身作為傳感器，通過向光纖中注入脈沖光，并檢測后向散射光（如拉曼散射、布里淵散射、瑞利散射）的特性變化來實現(xiàn)沿光纖長度方向的連續(xù)溫度分布測量。散射光的強度、頻率或偏振態(tài)等參數(shù)會受到溫度的影響。

• 特點：

  • 分布式測量：?可以實現(xiàn)沿光纖長度方向的連續(xù)溫度監(jiān)測，獲取空間溫度分布信息。

  • 測量距離長：?可以實現(xiàn)幾公里甚至幾十公里的測溫距離。

  • 定位精度：?通過測量后向散射光的時間延遲來確定溫度變化的位置，定位精度取決于時間分辨率。

  • 環(huán)境適應(yīng)性強：?光纖本身耐腐蝕、抗電磁干擾。

  • 成本較高：?儀器設(shè)備相對復(fù)雜，成本較高。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：?油氣管道泄漏監(jiān)測、電力電纜狀態(tài)監(jiān)測、隧道和橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測、消防安全監(jiān)測（火災(zāi)預(yù)警）、地?zé)豳Y源勘探、大型儲罐溫度監(jiān)測等需要大范圍、長距離溫度監(jiān)測的場合。

3. 光纖光柵測溫 (Fiber Bragg Grating Thermometry, FBTG)

• 原理：?光纖布拉格光柵是在光纖纖芯中制作的周期性折射率調(diào)制結(jié)構(gòu)。當(dāng)寬帶光源入射到光柵時，只有滿足布拉格條件的特定波長的光會被反射回來，其余波長的光則繼續(xù)透射。布拉格波長（反射峰值波長）對光柵周圍的溫度和應(yīng)力變化非常敏感。通過監(jiān)測布拉格波長的漂移量，可以實現(xiàn)對溫度和應(yīng)力的測量。

• 特點：

  • 多點測量能力強：?可以在一根光纖上制作多個具有不同中心波長的光柵，實現(xiàn)多點溫度或應(yīng)力測量。

  • 精度較高：?溫度分辨率可達0.1℃甚至更高。

  • 小型化：?光柵尺寸小巧，易于集成。

  • 抗電磁干擾：?本質(zhì)安全。

  • 易于復(fù)用：?可通過波分復(fù)用、時分復(fù)用等技術(shù)在一根光纖上集成大量傳感器。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：?結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測（橋梁、大壩、風(fēng)力葉片）、航空航天（復(fù)合材料結(jié)構(gòu)溫度和應(yīng)力監(jiān)測）、油氣井下監(jiān)測、電力設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測、醫(yī)療器械等需要多點、小型化、高精度測量的場合。

4. 砷化鎵光纖測溫 (Gallium Arsenide Fiber Thermometry)

• 原理：?砷化鎵（GaAs）半導(dǎo)體材料的帶隙能量對溫度非常敏感。當(dāng)光照射到砷化鎵材料時，只有能量高于帶隙能量的光子才能被吸收。隨著溫度升高，帶隙能量減小，吸收邊會向長波方向移動。通過測量透射光或反射光的吸收邊位置，可以確定溫度。

• 特點：

  • 高溫測量能力強：?適用于高溫環(huán)境下的溫度測量，通?？蛇_數(shù)百攝氏度。

  • 精度較高：

  • 點式測量：?通常為點式測量。

  • 對光纖材料要求高：?砷化鎵光纖的制備工藝相對復(fù)雜。

• 應(yīng)用領(lǐng)域：?工業(yè)高溫過程控制、冶金、陶瓷燒結(jié)、發(fā)動機排氣溫度監(jiān)測等高溫環(huán)境下的溫度測量。

二、 熒光光纖測溫的獨特優(yōu)勢

與其他光纖測溫技術(shù)相比，熒光光纖測溫在某些關(guān)鍵方面表現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢，使其在特定應(yīng)用領(lǐng)域更具競爭力：

1. 本質(zhì)安全和抗電磁干擾的極致體現(xiàn)：

所有光纖測溫技術(shù)都具備本質(zhì)安全和抗電磁干擾的特性，但熒光光纖測溫在這方面尤為突出。由于其傳感原理基于光與特定熒光材料的相互作用，整個測溫過程完全通過光信號傳輸和處理，沒有任何電氣元件直接暴露在被測環(huán)境中。這使得熒光光纖測溫在易燃易爆、強電磁干擾等極端危險或復(fù)雜環(huán)境中具有無可比擬的優(yōu)勢，例如：

• 高壓電力設(shè)備：?變壓器、開關(guān)柜等高壓設(shè)備的繞組熱點監(jiān)測，避免了傳統(tǒng)電測溫帶來的安全隱患和電磁干擾問題。

• 化工和石油化工行業(yè)：?反應(yīng)釜、管道等存在易燃易爆介質(zhì)的場所，確保測溫過程的安全性。

• 核工業(yè)：?核反應(yīng)堆等強輻射環(huán)境下的溫度監(jiān)測，光纖材料本身具有一定的抗輻射能力。

2. 高精度和高靈敏度：

熒光壽命測溫是熒光光纖測溫的主要方法之一。熒光壽命是指熒光強度衰減到初始值 1/e 所需的時間，它主要取決于熒光材料的特性和溫度，而與激發(fā)光強度、光路損耗等因素?zé)o關(guān)。這種特性使得熒光壽命測溫具有極高的穩(wěn)定性和精度。微小的溫度變化就能引起熒光壽命的顯著變化，從而實現(xiàn)高靈敏度的溫度測量。這對于一些對溫度精度要求極高的應(yīng)用至關(guān)重要，例如：

• 醫(yī)療領(lǐng)域：?微創(chuàng)手術(shù)中對人體組織溫度的精確監(jiān)測，避免熱損傷。

• 精密儀器和設(shè)備：?對關(guān)鍵部件溫度的精確控制，保證設(shè)備的穩(wěn)定運行。

• 科研領(lǐng)域：?精確測量各種實驗過程中的溫度變化。

3. 良好的穩(wěn)定性和可靠性：

熒光光纖傳感器通常采用化學(xué)惰性的玻璃或晶體材料，具有優(yōu)異的耐腐蝕性和長期穩(wěn)定性。熒光壽命作為測溫參數(shù)，不易受到外部環(huán)境因素（如濕度、壓力等）的干擾，保證了測溫結(jié)果的可靠性。這對于需要長期在線監(jiān)測的應(yīng)用非常重要，可以減少維護成本，提高系統(tǒng)的可靠性。

4. 適用溫度范圍廣：

通過選擇不同的熒光材料，可以實現(xiàn)對不同溫度范圍的測量。一些特殊的熒光材料甚至可以在高溫或低溫環(huán)境下工作，滿足各種復(fù)雜應(yīng)用的需求。

5. 小型化和靈活性：

光纖本身具有體積小、重量輕、易于彎曲的特點，使得熒光光纖傳感器可以制作得非常小巧，方便安裝在狹小或難以接近的區(qū)域。同時，光纖的柔韌性也使其能夠適應(yīng)各種復(fù)雜的幾何形狀。

三、 熒光光纖測溫的應(yīng)用領(lǐng)域

憑借其獨特的優(yōu)勢，熒光光纖測溫在眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景：

• 電力行業(yè)：

  • 變壓器繞組熱點監(jiān)測：?精確測量變壓器內(nèi)部繞組的最高溫度，防止過熱故障，延長設(shè)備壽命。

  • 高壓開關(guān)柜觸頭溫度監(jiān)測：?實時監(jiān)測觸頭溫度，預(yù)防接觸不良和過熱燒損。

  • 電力電纜接頭溫度監(jiān)測：?及時發(fā)現(xiàn)電纜接頭過熱問題，避免安全事故。

• 醫(yī)療領(lǐng)域：

  • 微創(chuàng)手術(shù)溫度監(jiān)測：?在射頻消融、激光治療等微創(chuàng)手術(shù)中，精確監(jiān)測組織溫度，避免過度加熱或加熱不足。

  • 導(dǎo)管式溫度傳感器：?用于心血管、泌尿系統(tǒng)等體內(nèi)溫度監(jiān)測。

• 化工和石油化工行業(yè)：

  • 反應(yīng)釜內(nèi)部溫度監(jiān)測：?實時監(jiān)測反應(yīng)過程中的溫度分布，優(yōu)化工藝控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量和安全性。

  • 管道和儲罐溫度監(jiān)測：?檢測異常溫升，預(yù)防泄漏和火災(zāi)。

• 航空航天領(lǐng)域：

  • 發(fā)動機部件溫度監(jiān)測：?監(jiān)測渦輪葉片、燃燒室等關(guān)鍵部件的溫度，評估發(fā)動機性能和壽命。

  • 飛行器結(jié)構(gòu)溫度監(jiān)測：?監(jiān)測機翼、機身等結(jié)構(gòu)的溫度變化。

• 工業(yè)自動化和過程控制：

  • 設(shè)備和軸承溫度監(jiān)測：?預(yù)防機械故障，實現(xiàn)預(yù)測性維護。

  • 食品加工和制藥行業(yè)：?精確控制生產(chǎn)過程中的溫度。

• 科研領(lǐng)域：

  • 材料科學(xué)研究：?研究材料在不同溫度下的特性。

  • 生物醫(yī)學(xué)研究：?研究生物體內(nèi)的溫度變化。

電纜、母線槽等電力設(shè)施作為電力系統(tǒng)中的重要組成部分，如過熱會導(dǎo)致停電、火災(zāi)等事故發(fā)生，其運行狀況關(guān)系著整個電力系統(tǒng)的供電可靠性。運行溫度一旦超過了電纜、母線槽所能承受的溫度臨界值就有可能引起火災(zāi)，進而造成大面積的停電。

現(xiàn)有技術(shù)中，常見的溫度監(jiān)測技術(shù)如熱敏電阻式測溫、紅外傳感式測溫等在電力設(shè)施測溫的場景下均具有明顯的劣勢：常規(guī)的熱電偶、熱電阻、半導(dǎo)體溫度傳感器等測溫方式，由于本身帶電或需要金屬導(dǎo)線傳輸信號，絕緣性不能保證，不能在電纜橋架內(nèi)部使用；手持式紅外熱成像儀必須與待測物體保持距離，是一種非接觸式測溫手段，需要人工操作，無法實現(xiàn)不間斷在線測量，無法在封閉的配電間內(nèi)的電纜橋架、母線槽上使用。

光纖測溫技術(shù)已在電力電纜運行溫度的監(jiān)測中得到運用，光纖測溫技術(shù)是一項實時、在線和多點光纖溫度測量技術(shù)，能夠?qū)崟r地監(jiān)測空間溫度場，可以對光纖沿線的測量點進行連續(xù)的實時測量，且抗電磁干擾。智能電網(wǎng)屬于電力系統(tǒng)，其中包括發(fā)電廠、高壓電網(wǎng)、變電站、配電站等，具體的有發(fā)電機、變壓器、電力電纜、開關(guān)等電力設(shè)備，這些設(shè)備通常在高電壓、強電場、熱負荷等環(huán)境下工作，且工作環(huán)境無人值守也無人為監(jiān)控，為此，工作人員往往會使用分布式光纖測溫系統(tǒng)對高壓電纜進行溫度檢測。

分布式光纖測溫電纜橋架、母線槽測溫報警系統(tǒng)，通過設(shè)置于建筑物配電間中的電纜橋架或者母線槽上的分布式光纖，對電纜橋架或者母線槽進行溫度監(jiān)測，并輸出溫度監(jiān)測信號給信號傳輸模塊，信號傳輸模塊接收溫度監(jiān)測信號，并將溫度監(jiān)測信號發(fā)送給控制模塊，設(shè)置于消防控制室中的控制模塊根據(jù)溫度監(jiān)測信號，判斷電纜橋架或者母線槽的溫度是否大于預(yù)設(shè)溫度閾值，并在確定電纜橋架或者母線槽的溫度大于預(yù)設(shè)溫度閾值時，生成與溫度監(jiān)測信號對應(yīng)的報警信息，并將報警信息發(fā)送給設(shè)置于消防控制室中的顯示模塊，顯示模塊對報警信息進行顯示，可以通過設(shè)置于建筑物配電間中的電纜橋架或者母線槽上的光纖測溫模塊滿足接觸式測溫的要求，并且能夠在不停電情況下實時對電纜橋架或者母線槽進行溫度測量，從側(cè)面監(jiān)測電力系統(tǒng)中的設(shè)備或配電回路運行情況，可以在確定電纜橋架或者母線槽的溫度大于預(yù)設(shè)溫度閾值時，生成與溫度監(jiān)測信號對應(yīng)的報警信息發(fā)送給設(shè)置于消防控制室中的顯示模塊，進行顯示，以使消防控制室中的管理人員根據(jù)顯示模塊中顯示的報警信息，及時得知有電纜橋架或者母線槽的溫度大于預(yù)設(shè)溫度閾值，即有電纜橋架中的電纜的運行溫度超過了所能承受的溫度臨界值，或者有母線槽的運行溫度超過了所能承受的溫度臨界值，可能引起火災(zāi)，從而消防控制室中的管理人員可以根據(jù)報警信息中包含的電纜橋架或者母線槽的標(biāo)識信息，對溫度異常的電纜橋架或者母線槽采取措施消除故障，第一時間排除火災(zāi)隱患，提高了自動化程度和響應(yīng)速度，確保電氣安全。

1、免疫電磁干擾：

地鐵隧道等環(huán)境有因為具有強電磁干擾，傳統(tǒng)以電信號為工作基礎(chǔ)的溫度傳感器通常在安全性、信號的穩(wěn)定性方面受到很大的限制。而光纖的抗電磁干擾能力、組網(wǎng)方便及其固有的大信號傳輸帶寬等優(yōu)點，使得光纖溫度傳感器突破了電溫度傳感器的限制，為地鐵隧道等存在強電磁場干擾的環(huán)境提供了非常有效的溫度測量技術(shù)。

2、快速性：

隧道感溫系統(tǒng)測溫、定位速度非常高。為了提高測量時間，華光天銳采用了高速微弱信號處理技術(shù)優(yōu)勢，單次測量時間最短為5s，響應(yīng)速度快。

3、分布特性：

電纜隧道光纖測溫系統(tǒng)可提供連續(xù)動態(tài)監(jiān)測長達十幾公里范圍內(nèi)每隔1米各點的溫度變化信號，可任意設(shè)置各級溫度報警值。

4、先進性：

系統(tǒng)是國內(nèi)目前性能指標(biāo)最高、功能性最強、可靠性最高、技術(shù)最先進的分布式測溫產(chǎn)品。關(guān)鍵器件優(yōu)選高性能器件，核心算法經(jīng)過嚴格測試。

5、準確性

系統(tǒng)的溫度分辨率達到0.1℃，溫度精度1℃，定位精度可達到1m。

6、靈活性

系統(tǒng)為實時在線監(jiān)測方式；監(jiān)測范圍內(nèi)任何一點的報警信號上傳至火災(zāi)報警控制器的時間不大于60秒；監(jiān)測系統(tǒng)提供的是一個連續(xù)的動態(tài)監(jiān)測信號，系統(tǒng)可設(shè)置多級溫度點報警即系統(tǒng)支持多級報警，如50℃初報警，60℃預(yù)報警，70℃采取措施等，并且可以根據(jù)環(huán)境不同進行報警點溫度參數(shù)設(shè)定；具有差定溫多種報警方式，并且報警參數(shù)可按客戶需求進行分區(qū)設(shè)置，報警方式靈活。

7、兼容性

隧道分布式光纖測溫系統(tǒng)主機為開放通信協(xié)議，提供與工作站聯(lián)接的通信接口，在中央控制室防災(zāi)報警工作站以圖文方式顯示溫度曲線、報警位置、報警溫度等全部信息；系統(tǒng)可以通過RS232、RS485、內(nèi)置繼電器、RJ45或其它工業(yè)協(xié)議等輸出形式與PC、消防報警系統(tǒng)等其它控制設(shè)備進行連動，進行聲光報警，信號輸出準確、完整。

8、安全性

分布式溫度監(jiān)測系統(tǒng)具備安全記錄功能，可儲存一年以內(nèi)的歷史數(shù)據(jù)，并可進行有效審核。單端操作，遠程診斷，可通過局域網(wǎng)由專門工程師提供最低限度的系統(tǒng)遠程診斷；如果光纖受損，系統(tǒng)可以即時定位受損點，并通過光纖熔接機對其進行熔接，無需停止測量，這對于有效的實施在線監(jiān)測時非常重要的；探測光纜本征安全，采用光信號,不會與電纜之間產(chǎn)生相互電磁干擾。

9、鋪設(shè)簡單

分布式光纖測溫系統(tǒng)安裝簡單，可將光纜直接敷設(shè)在被檢測電纜表面，并對電纜接頭重點監(jiān)測。軟件系統(tǒng)可直觀顯示被測點的溫度變化信息及位置。

電纜隧道分布式光纖測溫系統(tǒng)解決方案

華光天銳自主研發(fā)的分布式光纖測溫系統(tǒng)通過電纜及地鐵隧道沿線敷設(shè)的測溫光纖，實時監(jiān)測長距離地鐵系統(tǒng)的溫度，及時發(fā)現(xiàn)電纜及隧道過熱點、異常點，保障電力電纜的安全運行、對地鐵系統(tǒng)的火災(zāi)預(yù)警提供高效率、高準確率的監(jiān)測方案。安全地增加回路載流量；可以實現(xiàn)周期性的緊急狀態(tài)評估；驅(qū)動外部報警或其它應(yīng)急系統(tǒng)；發(fā)現(xiàn)熱點（特別是事故隱患的電纜接頭）和其它環(huán)境異常?？梢愿鶕?jù)業(yè)主方需求，設(shè)計為一套8通道（數(shù)量可以定制）10公里（距離需求可定制）的分布式光纖測溫系統(tǒng)，應(yīng)用于業(yè)主電纜隧道110KV兩回路高壓電纜實時在線測溫以及隧道頂端環(huán)境測溫。測溫光纜采用直線型方式進行捆扎敷設(shè)，重點監(jiān)測根據(jù)需求具體米數(shù)距離的一個電纜接頭實時溫度，并可以根據(jù)客戶要求加裝了短信報警模塊，起到提前預(yù)警的作用?？蓪崿F(xiàn)對全區(qū)域進行監(jiān)控，按“無人值班”設(shè)計，實時將報警信息上傳至綜合監(jiān)控系統(tǒng)里項目至今，光纖測溫系統(tǒng)運行情況良好，技術(shù)指標(biāo)完全符合設(shè)計要求。

電纜隧道分布式光纖測溫系統(tǒng)產(chǎn)品型號參數(shù)指標(biāo)：

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SRA-D分布式光纖測溫傳感系統(tǒng)是DTS分布式光纖測溫系統(tǒng)的主體，光纖測溫主機擔(dān)負著整個系統(tǒng)的信號采集、信號處理、數(shù)據(jù)分析、超溫報警、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)裙δ?。它由光頻發(fā)生器、切換電源、微處理器、網(wǎng)絡(luò)接口等構(gòu)成，是進行光電轉(zhuǎn)換及訊息處理的核心器件。

分布式光纖測溫系統(tǒng)產(chǎn)品型號參數(shù)指標(biāo)：

分布式光纖測溫設(shè)備特點

完全分布式：DTS分布式光纖測溫能在幾秒內(nèi)檢測整條光纖沿線完整的分布溫度，無遺漏。
長距離監(jiān)測：華光天銳光電的分布式光纖測溫系統(tǒng)可以監(jiān)測的距離長達30KM，可定制更長距離的測溫。
抗干擾強：測溫光纖由石英構(gòu)成，電氣絕緣，不受任何電磁干擾，也不發(fā)射電磁波， 特別適合各種復(fù)雜環(huán)境、強電環(huán)境。
本征安全：感溫元件為測溫光纖，內(nèi)部傳輸?shù)墓庑盘柕钠骄β蕿槲⑼呒墸槐举|(zhì)安全。
精確定位：定位精度達到±1M。
快速響應(yīng)：高靈敏度，反應(yīng)迅速，單通道掃描時間短。
安裝方便：分析儀安裝簡單，布置靈活。