分布式光纤温度传感器技术白皮书

第一章   前言

        分布式光纤温度传感器自问世以来，在全世界得到了广泛应用和研究。光纤温度传感器系列已经应用于大型建筑、交通运输、隧道、堤坝、电力工程、石油化工、煤矿工程等诸多领域。新型分布式光纤传感网，成为工业在线监控和温度检测火灾防治的革新手段。现在国内每年应用分布式光纤温度传感器系统完成大型工程项目达数百项，产生了良好的经济效益。但是，随着工程应用的逐渐增加，对分布式光纤温度传感器本身的要求也在不断提高。早期系统的性能参数已经不能满足市场的需求，因此，研制高精度、长距离、快速响应、高空间分辨率的超远程分布式光纤温度传感器系统是顺应社会发展趋势。

第二章   产品介绍

1.产品简介

      瑞莱杰森分布式光纤温度传感器（RLS-DTS）系列产品是一个高精度长距离快速响应的连续线性温度传感器，产品由光纤测温主机、感温光纤、系统管理软件及相关附件组成。光纤在系统中同时作为传输载体和传感器，背向 Raman 散射光强度受整段光纤各处空间上的温度场调制后，被DTS光纤温度传感系统检测并进行解调，得到整段光纤上的温度场分布。

      产品独创的设计和特殊的技术方法实现实时感知被监测项目几千米甚至几十千米的温度分布，空间采样间隔仅1m，检测周期可达秒级，也可以针对重点区域进行重点监控，针对温度异常变化，实时触发声光预警。

2.核心价值

   对可能的电源电路、设备温度引发的问题进行持续预警。

   根据采集的温度数据分析，提高电路额定值、提升油气田产量。

   确定线路热点，展示温度趋势，电路实时载流量。

   通过主动资产管理最大限度地延长电源电路、设备寿命。

   通过快速定位事件减少停机时间 、定位油气层位置。

   各种高危场所、楼宇、管廊等环境火警隐患发现。

3.产品核心技术

      智能蒙皮传感：瑞莱杰森用光缆织成网格拟态人类皮肤传感功能，光与被监测物物融为一体，光缆作为光量子信息载体感知监测物任何位置的温度形成物联网前端感知蒙皮，AI识别监测物健康状态，这是瑞莱杰森广泛使用的分布式传感技术。

      独创的原始信号幅度自适应调整方法、群论修复模型：利用自创的分布式传感器系统体系架构和理论算法实现对光纤沿线温度进行实时采集计算，连续测量预警，独创的原始信号幅度自适应调整方法、群论修复模型等技术方案实现测量精度达到0.5℃，1年的温度漂移仅0.05℃，采用单路系统自解调温度方案降低系统成本。

      创新设计方案，提高了测温精度：放弃了两路信号相除的传统方法，噪声带不增加，也没有传统方法造成的两路信号之间的“走散”现象，采用设计方法，提高了测量精度，精度达到0.5℃内，比国外先进产品高出1倍以上。

     测量距离延长：接近反斯托克斯阈值光功率（比斯托克斯阈值大几个数量级）注入传感光纤及接收器不分光的技术，获得最大的解调信号值，延伸了测量距离，比传统方法的测量距离延长了1倍以上。

     低成本：采用首创的单路系统自解调温度方案，降低了系统成本，省掉了另一路探测单元及处理单元，系统出错概率减少和数据传输节省一半时间，测量速度大大提高，比采用传统方法的测量速度快2倍以上。

4.产品的性能指标

第三章   产品特点

      高精度：探测精度高出同业10倍，定位精度到1米，秒级定位。

      高安全性：本征安全，无源防爆、抗电磁干扰，环境要求低。

      高可靠性：7*24小时实时在线连续监测，全域分布无盲点。

      灵活性高：灵活设置个性化指标，针对重点区域和特定环境可以重点监控。

      系统易扩展：只要更换通道扩展模块，单台DTS主机最多可扩展至16通道。

      高集成性：组网灵活，单机与云端无缝协同工作；智能融合，与监控   中心其他监控设备软件集成。

      易维护：系统结构简单，对部分模块或软件升级便可以实现系统升级， 安装和维护便捷。

      使用寿命长：传感光纤使用寿命长达几十年，维护成本低。

第四章   产品功能

      产品设计充分考虑易用性和便捷性，将复杂的逻辑由计算机后台完成，面向客户的只有一个大屏，可以完成所有的维护和管理工作，监控和管理信息一目了然，客户端主要包括如下功能：   

      监控设置：针对需要监测的重点区域提供灵活的多参数设置功能，同一项目可以设置多监测区域，不同监测区域设置不同的监测指标，实现差异化管理。

     温度感知：系统按每米间隔，秒级采集监测物沿线的温度，实时处理形成整个项目的温度场，针对监测重点，秒级处理，在界面上实时展现项目整体情况。

     实时预警：针对超过阈值的异常温度情况，实时展现在监控屏幕，实时触发短信、声光等多中方式告警，联动消防等多设施进行实时处理。

     历史数据回放：可以灵活的查询各个点、各个分区不同时间段的温度变化，分析报警情况，优化设施布局，为项目的持续优化和后期建设提供良好的基础。

     系统自检：自动监测系统的健康状况，易于维护。

第五章   部署方式

单台设备使用连接图如下：

第六章   应用场景

      电力行业：电缆隧道温度及火灾监测、电缆温度监测；输电线路导线温度在线监测、输电导线载流量监测，额定额监测和提升；变压器绕组在线温度监测、变电站、发电厂的高压开关柜等电器设备温度监测；配电站在线温度监测；发电厂火灾在线监测、发电机温度实时在线监测、热力管道泄露实时在线监测；长距离海缆的表面温度、导体温度、接头温度在线监测、海缆载流量在线监测等。

      交通运输行业：公路隧道火情监测，避免重大人员伤亡；地铁区间隧道电缆桥架温度与火灾监测，地铁电力设备温度监测等。

      石化行业：储油罐区在线温度监测，避免火灾引发的重大损失发生。对油井温度实时测量，提高原油采收率，准确判断原油位置，提高油气田产量。对电缆沟、电缆桥架、煤仓、输煤皮带、各种油脂油箱、储罐及管道等位置进行温度监测，为煤化工企业提供有效的温度实时在线监测和火灾预警手段等。

      航空航天：飞机的电机、电路等连接部位运行温度，以及外部环境温度实时在线监测等。

      智慧城市：市政地下综合管廊、楼宇厂房等火灾监测，避免重大财产损失和人员伤亡等。

      烟草行业：烟草的烟叶初烤、复烤、发酵、存储环节进行精准温度控制，提升烟草质量和香烟成品的品质；对烟厂、存储仓库进行温度实时在线测量，防范火灾引发的重大损失等。

第七章   典型案例

1. 电力设备温度与电气火灾实时在线监测

       高压开关柜承担正常线路的投入、退出以及故障线路的切除，对电网和负荷的安全、稳定运行起着控制和保护双重作用。使用时间过长、过载、绝缘老化等均会导致高压开关柜局部过热现象发生。由于开关柜所有隔室呈封闭状态，发热又是一个不断积累的过程，如果能够发现温度异常并采取措施，将会避免过热导致的触头或连接点温度上升过高，最后引发烧毁的情况发生，避免对设备、财产及人员安全形成威胁。

• 政策法规

       国标GB/T11022-2011《高压开关设备和控制设备标准的共用技术要求》中对高压开关设备和控制设备各部件、材料和绝缘介质的极限允许温度以及温升极限等做了详细规定。

   GB50116火灾自动报警系统设计规范中电气火灾要求在高压开关柜中设置光纤式火灾探测器。

• 解决方案

      成都瑞莱杰森科技有限公司的分布式光纤温度监测系统由分布式光纤传感器、感温光纤以及相关软件组成，提供高精度快速响应的温度测量。

       将瑞莱杰森分布式光纤温度监测系统的光缆布放在高压开关柜进线铜排、触头、出线电缆接头等位置上，就能实现24小时连续在线温度监测，出现温度超高，异常升温等实时触发声光报警，通知相关人员及时检修，也可联动其他设备处理，防止火灾或者设备损毁的情况发生，保障开关柜设备安全运行。

• 系统组网方案

2.公路隧道火灾实时在线监测

       公路隧道带来了交通的便利，但是由于长期日晒雨淋、电气设备老化、交通事故等原因导致在隧道中发生的火灾也越来越频繁。隧道一旦发生火灾，容易对交通造成中断，对洞内人员、车辆和设备安全构成重大危害，如果发生爆炸，还可能导致隧道损毁，带来重大人员和财产损失。

• 政策法规要求

      GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》和GB50116-2013《火灾自动报警系统设计规范》中都规定应对城市道路隧道、特长双向公路隧道和道路中的水底隧道设线型光纤感温火灾探测器。

   交通部颁布的JTT 610-2004《公路隧道火灾报警系统技术条件》推荐采用线型光纤感温火灾探测器。  

• 解决方案  

       沿公路隧道沿线布设光缆，可以实时在线测量隧道温度情况，实时发现隧道内的温度异常变化及火焰蔓延方向，秒级通知到相关人员；也可以在监控中心的大屏上实时看到隧道温度异常变化情况以及火焰蔓延方向；还可以联动灭火装置，第一时间联动灭火。

   隧道现场只布设有一根感温光纤对隧道沿线的温度进行实时在线监测和火灾探测，其他设备安装在公路管理监控中心机房，整个方案安全可靠，全套系统能够很好满足隧道火灾进行在线温度监测的要求，是现代消防报警的理想高科技产品。  

• 系统组网

第八章   技术专利

1.知识产权及专利介绍

       公司专注于分布式光纤传感器和光量子传感器的理论研究和应用研究，致力于为全球提供专业的分布式光纤传感解决方案，为地球构建感知系统。公司极其重视专利技术，目前已拥有几十项知识产权及发明专利，可广泛应用于电力、交通、石化、航天、烟草等各种领域。

第九章   附 录

1.公司介绍

       公司成立于2014年12月，是由留美博士和大学教授创建的高新技术企业，专注于分布式光纤传感器和光量子传感器的理论研究和应用研究；公司秉持责任、担当、共赢、为客户创造价值的原则，用环保科技服务社会，致力于为地球创建感知系统，服务人类智慧生活。

       从2004年开始，公司逐步解决了信噪辨识、光衰减、弱信号提取、量子纠缠、自激漂移、人工智能融合等一系列困扰业界的难题，在分布式光量子传感器领域拥有独创的技术理论体系。设计的分布式光纤传感器系统，在稳定性、灵敏度、精确度、探测距离、功耗等方面处于国际领先地位。所研发的分布式光纤温度传感器的探测精度高出国内同业10倍，高出国际水平2倍；测量距离超过国内同业4倍，初始响应速度快于国际水平3倍，属于国际最高水平。采用全新理论和特殊的架构研制的分布式光纤振动传感器系统在世界上首次实现了多个并发振动源快速精准定位，实用性和精准性居于业界最高水平。所开发出的分布式光纤应力传感器系统能够探测到环境外力的微纳级变化，是世界上首套能够感知径向应力和切向应力的光纤传感器系统。应用创新理论开发出的分布式光纤声音传感器系统能够探测0到40KHz的信号变化，探测距离和灵敏度远高于同业水平。