基于新型光纤温度传感器的电缆温度监测系统研究

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1、南京理工大学硕士学位论文基于新型光纤温度传感器的电缆温度监测系统研究姓名：张熙岳申请学位级别：硕士专业：电气工程指导教师：吴军基；张振远2010 关键词：电缆；光纤：温度传感器；无线传输 �����������������仃������������鷒�������鹏������蓇���吐�����������瓸�������研��识以���������瑃：��鷓·��������仃������������猤．��眦�������������胁��瑃���������齞诵���������������：���籓�

2、�����籘����� 基于新型光纤温度传感器的电缆温度监测系统研究��研究背景和意义电力系统是关系到国计民生的重要领域，其安全运行一直是电力、钢铁、石化等各行业相关部门高度重视的问题。多年来，虽然采取不少措施和技术，仍然存在着不少隐患，事故时有发生。调查研究发现，大多数的事故是由于电力系统的热事故造成设备损坏、引起火灾而影响电力系统可靠运行，而电力电缆是电力运行系统中发生热事故最多部位之一【�。 ��电缆温度监测系统研究现状按其检测距离分为：非接触式监测和接触式监测。 光纤包层，液体和光纤封装在一个金属壳体

3、中，如下图所示。�⋯⋯⋯⋯》图��液体光纤温度传感器结构图 经耦合器到波长检测装置测出其波长，然后在转换成温度值。旭的波长值与光栅本身有关，不同波长的光纤光栅，对应反射回不同的波长且载有温度信息的光信 �根据电缆对温度监测的需求，重新设计并制造适合电缆温度监测的光纤温度 要正确使用光纤温度传感器采用的光纤，就必须了解光纤的基本知识。光纤主要有纤芯和包层组成。部分光纤为增大其抗拉、抗压、抗刮的特性，表面还涂覆有包层。自从��年现代意义上的光纤诞生以来，通过多年研究探索，目前光纤种类已有数十种之多，其应用范围越来越

4、广。其作用更是众所周知。按照光纤制作材料可分为玻璃光纤、石英光纤和塑料光纤。光纤不仅可传光，还可传像、 传感。每一种光纤都有其特定的传输特性、物理特性、化学特性和几何特性。传输特性由衰减�蛩鸷�和色散�虼��来描述。衰减是光能在光纤中沿着波导逐渐减小乃至消失的特性，它描述在给定信号功率和检测灵敏度工作条件下，在光纤中传播的信号无失真状态下最大传输距离。色散是光信号在光纤中传播时引起的光脉冲展宽现象，它决定在给定长度光纤的最高脉冲或数据的传输速度。光纤温度传感器用的光纤主要使用其两种特性，一是利用其传光特性将温度

5、参数传换成光信号，再将光信号通过光纤传输到适当的距离；二是利用其光纤自身物理或化学特性与光纤传光特性相结合，将由于温度变化导致光纤物理化学参数发生变化量转换成光信号的变化并通过光纤传输给探测装置。光纤的种类繁多，按制造材料主要分为塑料光纤、玻璃光纤、石英光纤，当然还有液体光纤等应用不是很广泛的光纤。由于材料的不同使得其被应用在温度传感器时传感范围高温物体，可以远距离收集被测物所发出的红外热辐射能、光频谱等光学参数，大大增加了测量温度场的范围。但玻璃光纤同时也遇到了材料自身对紫外光波段的弱探测特性，在使用其光谱参

6、数为温度参考数值时就只有石英光纤可是适合。事物总是存在两面性，虽然石英光纤有着高出塑料光纤和玻璃光纤的优良的特性，但其造价要远高于它们，这也使得在工程应用中往往选择性价比较为适中的玻璃光纤作为光纤温度传感器使用。在利用光特性对被测物进行温度测量采样时还应考虑到光纤的单模与多模的区别。光波在光纤中传播存在模式问题，模式是指传输线横截面、纵截面的电磁场波的分布情况，不同的模式有不同的场结构，每一种光纤都有对应的基模或主模，基模是截止波长的最长模式。截止波长较短的其它模式成为高次模。根据光纤传输模式的数目，可把光纤分

7、为单模光纤和多模光纤。单模光纤只能传输一种模式，但其可以按两种互相正交的偏振状态出现。多模光纤能够传输多种模式，模数可达数百种，即不是所有光纤都可以传所有波长的光，有的光纤只能传播一种或几种波长的光，以目前应用较多的通讯光纤为主，当然其特性同样可以拿来用在温度传感领域；再有即为可以传输某一波段光 的光纤，以多组份玻璃传光光纤为代表。表��光源种类一览表光源一般特性见表��表��光源一般特性表光源寿命�∈�小小便宜一般便宜一股贵�～�荧光灯�～��贵���很小 光电探测器实例�光电二极管�牧喜捎肧�珿�珿���光

8、电二极管�牧喜捎肧�雪崩光电二极管�牧喜捎肧�珿�光电元件�牧喜捎肅�，��，�，��电子管类光电管、摄像管、光电倍增管色敏传感器�牧喜捎肧�琣��其他类位置检测传感�牧喜捎肅�，��，�，��光纤传感器 全光纤传感器也称为传感型光纤传感器。光纤温度传感器是根据光纤的热性术的光纤温度、应力变形测试仪。全光纤温度传感器有多种应用方式，特点各不相同。图��中表示的是利用光纤中通过光强的变化