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摘要：随着光纤传感技术的不断发展，单晶光纤是如今高温环境下最适用的光波导材料之一，其测量温度最高2000℃，温度分辨率0.1℃，因此运用光纤传感技术规划高压电力电缆温度在线监测系统具有精度高、坚固而且弯曲灵敏、体积小和抗电磁干扰强等特色。高压电力电缆网是呈一定空间分布的场，为了取得被测方针较无缺的信息，选用依据拉曼分布式光纤传感系统，该系统在空间狭小、强电磁场、易燃及易爆等恶劣环境中具有出色的运用价值。光纤分布式测温技术是一种新型技术，其原理是利用激光在光纤中传播的特点，对空间温度场进行实时的测量。其作用是分布式的连续检测光纤沿线的温度。本文通过介绍光纤分布式温度传感技术的测温原理，以及光纤的安装方式对温度测量精准度的影响，分析阐述了分布式光纤传感技术在高压电缆内部温度测量方面的应用。
关键词：温度传感器；光纤传感技术
一、分布式光纤测温的基本原理
分布式光纤测温系统依据后向散射原理可以分为三种：基于瑞利散射、基于拉曼散射和基于布里渊散射。目前发展比较成熟，且有产品应用于工程的是基于拉曼散射的分布式光纤测温系统。它的传感原理主要依据的是光纤的光时域反射（OTDR）原理和光纤的后向拉曼散射温度效应。
（一）光时域反射（OTDR）原理
当激光脉冲在光纤中传输时，由于光纤中存在折射率的微观不均匀性，会产生散射。在时域里，入射光经后向散射返回到光纤入射端所需时间为t，激光脉冲在光纤中所走过的路程为2L，其中v为光在光纤中的传播速度、C为真空中的光速，n为光纤折射率。在测得时刻t时，就可求得距光源L处的距离。
（二）光纤的后向拉曼散射温度效应
当一个激光脉冲从光纤的一端射入光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。由于光脉冲与光纤内部分子发生弹性碰撞和非弹性碰撞，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反（亦可称为后向）。这种后向反射光的强度与光线中的反射点的温度有一定的相关关系。反射点的温度（该点光纤所处的环境温度）越高，反射光的强度也越大。利用这个现象，若能测出后向反射光的强度，就可以计算出反射点的温度，这就是利用光纤测量温度的基本原理。
如用公式来表达：当激光脉冲在光纤中传播时与光纤分子相互作用，会发生瑞利散射、布里渊散射、拉曼散射，其中拉曼散射是由于光纤分子的热振动和光子相互作用发生能量交换而产生的。如果一部分光能转换成热振动，那么将发出一个比光源波长长的光，称为斯托克斯光；如果一部分热振动转换为光能，那么将发出一个比光源波长短的光，称为反斯托克斯光。根据拉曼散射理论，在自发拉曼散射条件下，两束反射光的光强与温度有关。
二、光纤安装位置对测温精度的影响
温度是地下电网实时在线运行状态监测的最重要的物理参数之一。电缆光纤分布式测温技术的核心问题是如何提高测温精度，而光纤的安装方式是影响温度测量精度的主要因素之一。
1、表贴式安装
将光纤安装在高压电缆的外表面，用以检测电缆全长表面温度的方法为表贴式安装。光缆随电缆一起分相敷设，采用捆扎带固定。由于铝护套外面紧密包裹着沥青，而铝护套内是缓冲层，它不可能完全与铝护套接触，存在较大空气间隙，所以表贴光纤无法真实地跟踪负载的实时变化情况，仅能反应电缆表面及周围环境的温度变化情况，精度较差；但表贴式安装方式的优势在于安装方便，不受空问限制，光纤接续非常容易。
2、内绞合式安装
将光纤内置于绝缘屏蔽层外表面的安装方式为内绞合式。由于导体屏蔽层与导体良好接触，导体屏蔽层、绝缘层、绝缘屏蔽层实行“三层共挤”，使各层紧密结合，大大减少气隙及杂质；同时，绝缘屏蔽层与金属护套之间是质地柔软的缓冲层，避免了刚性接触，对光纤的挤压程度不容易超出允许值。
与表贴式光纤相比，安装在电缆内部的内绞合光纤能够对负载变化做出更快的响应。但内绞合式光纤电缆成本相对较高，同时还需要考虑光纤的接续和引出的问题，对安装和运行维护有着较高的要求。在实际工程应用中，可以通过提高安装水平、加强运行维护、加大管理监督力度等手段去克服内绞合式光纤电缆使用限制。为此，可将光纤作为电缆的一部分，在加工电缆时就预埋进去，光纤应置于尽可能靠近电缆芯的位置，以便于更精确地测量电缆的实际温度。
三、分布式光纤测温系统构成
分布式光纤测温系统在悉数测量光纤长度上，以距离的连续函数方法表明被测点的温度随光纤长度的改动。电力电缆温度监测系统的中心——依据拉曼分布式光纤温度传感器系统，该系统分为光纤温度场信息搜集、光电勘探和电路信号后处理3个子系统。
1、光纤温度场信息搜集
光纤温度场信息搜集子系统包括半导体激光器及其脉冲驱动电路、光功率扩展器(EDFA)、光纤分束器、传感光纤及窄带光滤波器。激光技术中激光高速调制与大功率输出是一对对立，大功率激光器窄脉冲调制困难;一同其驱动电流大，而大电流、窄脉冲的激光器驱动源规划和结束困难。光通信选用950nm的高速调制半导体激光器则易于结束10ns的脉冲输出。运用光功率扩展器前进光功率可取得瓦数量级光功率输出。选用30dB以上功率扩展倍数的低噪声EDFA掺铒光纤扩展器。选用插入损耗小，分束比高的光纤分束器以保证最小光能量丢掉。为了可以最大崎岖前进悉数系统的信噪比SNR，结束系统高技术方针恳求。光发射端选用EDFA前进发射光功率和信号光功率。
2、光电勘探
选用波长为150nm的InGaAs高量子功率的APD及噪声的前放单元，结束微小光信号的接收改换和低噪声预扩展。主扩展电路首要结束信号光经光勘探器改换为光电流方法，再经其自身带有的低噪声前置扩展后，输出差动方法的电平信号，进入宽带扩展电路。
3、电路后处理
电路后处理子系统包括信号搜集和处理。系统被测信号经前置扩展后，成为O～2V的信号分别送至模拟开关，分时选通后送入差分输入器送至A/D改换器，当A/D改换器被DSP信号触发后发起改换，并将改换效果存储在外扩的RAM中。当数据存储到一定数量后，进
行统计分析。获取其间有用数据进行概括处理，最终将处理效果传给上位机。
选用数字均匀法可大大前进采样信号的信噪比，有用地从噪声中获取微小信号。而且，这种方法对具有专门累加指令和零开支循环指令的DSP易于结束。
四、分布式温感器系统应用
分布式光纤传感器在高压电力电缆中的安装法通常有表贴式和内绞合式。电缆内部的内绞合光纤能对负载的改动做出敏捷呼应，而绑缚在电缆表面的表贴光纤由于受电缆外界环境以及电缆自身绝缘屏蔽层的影响，无法真实盯梢负载的实时改动情况，仅能反应电缆周围环境的温度改动情况。
分布式光纤传感系统除运用于高压电力电缆测温外。还可监测电力系统光缆。电力系统光缆品种繁多，加之我国地域宽广，各地环境差异很大，所以光缆的环境凌乱，其间温度和应力是影响光缆功能的首要环境要素。因此，在监测光纤断点的一同也应监测光缆所在温度和应力情况，这对光缆的缺点预警及保护具有广泛意义。
结束语
基于分布式光纤传感技术的测量系统已广泛应用于多个领域。分布式光纤温度测量系统能在整条光纤的长度上，以距离的连续函数形式给出被测温度随光纤长度方向的变化信息。将其应用于电力系统电缆、铁塔等设施，实时测量其温度、压力等参数，并及时排险，从而尽可能减少经济损失，为电力设备安全运行提供保障。
参考文献
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[2]张在宣，张步新，陈阳.光纤背向激光自发拉曼散射的温度效应研究[J].光子学报，1996，25（3）