基于光電纜的分布式溫度傳感網絡的實驗研究

準備了一條長100 m 的110 kV 的光電纜，其內部含有多個光纖光柵，取其中的三個點P1、P2、P3 作為實驗的關鍵點，同時分別在每個光柵的位置上放置一個準確度很高的鉑電阻溫度傳感器，作為光纖光柵測溫的對照。光電纜在通電前溫度為25℃，通電后立即開始計時，在光電纜內部溫度穩定之前每隔兩分鐘分別讀取監測系統和鉑電阻所測的溫度值。在光電纜內部溫度基本穩定以后，再每隔十分鐘分別讀取光纖光柵傳感所測的數據和鉑電阻所測的數據，并將數據繪制成曲線，分別如圖12、圖13 和圖14 所示。圖15為三個測量點處的光纖光柵所測數據與鉑電阻所測數據的偏差曲線圖。

圖12 P1 點的溫度測量結果曲線

圖13 P2 點的溫度測量結果曲線

圖14 P3 點的溫度測量結果曲線

圖15 光柵所測溫度與鉑電阻所測溫度偏差曲線

由圖中可以看出，光電纜在加電以后溫度逐漸上升，在49.5℃左右的時候基本保持穩定，只在小范圍內浮動。由電纜的溫度場分析可知，電纜纜芯的溫度大約為49℃，數據比較接近。由圖15 可知，三個測量點處每根光柵所測得的數據與鉑電阻所測數據極為接近，它們二者的實際偏差在0.6℃的范圍內。由此可知本實驗系統的測量準確度較高。

4 結 論

本文對光電纜內部的溫度場特點進行研究后，結合熱傳導方程和邊界條件，利用Ansys 對光電纜內部的溫度場做了詳盡的分析，并提出了一種基于可調諧脈沖激光的實用分布式全同光柵溫度監測系統。該系統最大的優點是突破了寬帶光源的帶寬限制，通過在一根光纖上連續刻制大量中心波長相同的光柵，光柵的數量僅受激光器功率的限制，實現對多個不同位置進行同時監測的要求。通過仿真對上述觀點進行了理論分析后，說明了此方案的可行性。經過反復實驗，通過光譜儀和示波器接收到的光譜圖和電壓信號驗證了此方法的正確性。對中心波長為1 550 nm 的光纖光柵進行溫控對比實驗，實驗結果表明，光柵的溫度敏感性可達11.4 pm/℃，光柵的測量溫度與實際溫度的誤差在3%范圍內，進一步證明了該系統適用于分布式多點的測量。