摘 要: 光纤分布式测温技术是一种利用激光在光纤中的传播特性，实现实时测量空间温度场分布的新技术。它能对光纤沿线的温度场进行分布式的连续检测。本文介绍了该技术的测温原理，以及其在高压输电电缆内部温度监测方面的应用，并介绍了光纤安装方式对测温精度的影响。
关键词: 高压电缆; 光纤; 分布式温度传感; 光时域反射
Application of Distributed Temperature Sensing Technolo gy
in High?Voltage Cable
CHEN Jun, LI Yongli
(School of Electrical Engineering and Automation,Tianjin University,
Tianjin 300072, China)
Abstract: The technology of distributed temperature sensing is a novel technique surveying the real?time distribution of spatial temperature pattern.This technology is b ased on the propagation characteristic of laser spreading in optical fiber. The distributed temperature of the field along the fiber can be continuously measure d by this technology.This paper introduces the thermometric fundamentals of the sensing technology and its application in detecting the interior temperature of high?voltage cable. In addition, the research indicates that the assemblage mod e of fiber can influence the thermometric accuracy.
Key words: high?voltage cable; optical fiber; DTS; OTDR
1前言
分布式温度传感(DTS:distributed temperature sensing)技术是一种用于实时测量空间温度场分布的传感技术。该技术利用光时域反射(OTDRptical time domain re flectometry)原理、激光喇曼光谱原理，经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大并将温度信息实时地计算出来［1］。目前，国外(主要是英国、日本等国)已利用激光喇曼光谱效应研制出分布式光纤温度传感器产品［2］，而国内也在积极 地开展这方面的研究工作，现已研制成功基于分布式光纤温度传感原理的一系列产品，可广泛应用在航空航天、石油测井、电力、冶金、煤矿等领域中［3］。国内把分布式光 纤温度传感技术引入电力系统电缆测温的研究工作只是刚刚开始。
分布式光纤传感技术具有抗电磁场干扰、工作频率宽、动态范围大等特点，它能够连续测量 光纤沿线各点的温度，目前，国外产品的测量距离可在1~30km范围内，空间定位精度达到1m之内，温度分辨率达到1℃［4，5］。其能够进行不间断的自动测量的特点，特别适用于需要大范围多点测量的应用场合。由于这种光纤传感技术采用的是普通光纤，因而，其在高压电力电缆载流量的动态计算（用缆芯温度间接反映），长距离电缆接头处的温度监测以及电缆发生断线故障时断点位置的测量等场合具有广泛的应用前景。
2光纤分布式温度传感原理
光纤温度传感原理的主要依据是光纤的光时域反射(OTDR)原理以及光纤的后向喇曼散射 (raman scattering)温度效应［6］。当一个光脉冲从光纤的一端射人光纤时，这个光脉冲会沿着光纤向前传播。因光纤内壁类似镜面，故光脉冲在传播中的每一点都会产生反射，反射之中有一小部分的反射光，其方向正好与入射光的方向相反。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关系。反射点的温度(光纤所处的环境温度)越高，反射光的强度也越大。也就是说，后向反射光的强度可以反映出反射点的温度。利用这个现象，若能测量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。
用公式来表达：当频率为ν0的激光入射到光纤中，它在光纤中向前传输的同时不断产生后向散射光波，这些后向散射光波中除了有一条与入射光频率ν0相同的中心谱线之外，在其两侧，还存在着(ν0-Δν)及(ν0 Δν)的两条谱线。中心谱线为瑞利散射谱线，低频一侧频率为(ν0-Δν)、波长为λs的谱线称为斯托克斯线(st ocks)，高频一侧频率为(ν0 Δν)、波长为λa的谱线，称为反斯托克斯线(A ntistokes)。根据喇曼散射理论，在自然喇曼散射条件下，两束反射光的光强与温度有关。为了消除激光管输出的不稳定、光纤弯曲、接头的损耗等影响，提高测温准确度，在系统设计中，采用双通道双波长比较的方法，如图1所示，即对AntiStocks光和Stock s光分别进行采集，利用两者强度的比值解调温度信号。由于AntiStocks光对温度更为灵敏，因此，将AntiStocks光作为信号通道，Stocks光作为比较通道，则两者之间的强度比为［7］
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ptical time domain re flectometry)原理、激光喇曼光谱原理，经波分复用器、光电检测器等对采集的温度信息进行放大并将温度信息实时地计算出来［1］。目前，国外(主要是英国、日本等国)已利用激光喇曼光谱效应研制出分布式光纤温度传感器产品［2］，而国内也在积极 地开展这方面的研究工作，现已研制成功基于分布式光纤温度传感原理的一系列产品，可广泛应用在航空航天、石油测井、电力、冶金、煤矿等领域中［3］。国内把分布式光 纤温度传感技术引入电力系统电缆测温的研究工作只是刚刚开始。
