基于光电缆的分布式温度传感网络的实验研究

准备了一条长100 m 的110 kV 的光电缆，其内部含有多个光纤光栅，取其中的三个点P1、P2、P3 作为实验的关键点，同时分别在每个光栅的位置上放置一个准确度很高的铂电阻温度传感器，作为光纤光栅测温的对照。光电缆在通电前温度为25℃，通电后立即开始计时，在光电缆内部温度稳定之前每隔两分钟分别读取监测系统和铂电阻所测的温度值。在光电缆内部温度基本稳定以后，再每隔十分钟分别读取光纤光栅传感所测的数据和铂电阻所测的数据，并将数据绘制成曲线，分别如图12、图13 和图14 所示。图15为三个测量点处的光纤光栅所测数据与铂电阻所测数据的偏差曲线图。

图12 P1 点的温度测量结果曲线

图13 P2 点的温度测量结果曲线

图14 P3 点的温度测量结果曲线

图15 光栅所测温度与铂电阻所测温度偏差曲线

由图中可以看出，光电缆在加电以后温度逐渐上升，在49.5℃左右的时候基本保持稳定，只在小范围内浮动。由电缆的温度场分析可知，电缆缆芯的温度大约为49℃，数据比较接近。由图15 可知，三个测量点处每根光栅所测得的数据与铂电阻所测数据极为接近，它们二者的实际偏差在0.6℃的范围内。由此可知本实验系统的测量准确度较高。

4 结 论

本文对光电缆内部的温度场特点进行研究后，结合热传导方程和边界条件，利用Ansys 对光电缆内部的温度场做了详尽的分析，并提出了一种基于可调谐脉冲激光的实用分布式全同光栅温度监测系统。该系统最大的优点是突破了宽带光源的带宽限制，通过在一根光纤上连续刻制大量中心波长相同的光栅，光栅的数量仅受激光器功率的限制，实现对多个不同位置进行同时监测的要求。通过仿真对上述观点进行了理论分析后，说明了此方案的可行性。经过反复实验，通过光谱仪和示波器接收到的光谱图和电压信号验证了此方法的正确性。对中心波长为1 550 nm 的光纤光栅进行温控对比实验，实验结果表明，光栅的温度敏感性可达11.4 pm/℃，光栅的测量温度与实际温度的误差在3%范围内，进一步证明了该系统适用于分布式多点的测量。