分布式光纤测温系统在城市轨道交通中集成应用.docVIP

分布式光纤测温系统在城市轨道交通中集成应用 　　摘要：本文简介了分布式光纤测温系统的基本结构和原理， 在此基础上，介绍了DTS系统在城市轨道交通中的典型应用，给出了其与ISCS集成的网络结构、信息交互、人机界面设计等，为其进一步深度集成作出了探索。 关键词：DTS；光纤测温；城市轨道交通 The Integration Application Of Distribute Optical Fiber Temperature Measurement System In urban rail transit ZHAO Xue-ju1ZHAO Chen2 (1.NARI TECHNOLOGY DEVELOPMENT Co.Ltd，Najing 210061；2.Ningbo Rail Transit Group Co.,ltd, Ningbo 315010 ) Abstract：The basic structure and principle of distributed optical fiber temperature measurement system are summarized, on this basis, this paper introduces the typical application of DTS system in urban rail transit, The network structure of DTS and ISCS integration, the information interaction,and the design of Human Machine Interface etc are given.The application is good for the further deep integration. Key words：DTS；Optica Fiber Temperature Measurement；Urban Rail Transit; 中图分类号：P135 文献标识码：A 1.引言 分布式光纤测温系统（Distributed Optical Fiber Temperature Sensor System) (简称DTS)是一种用于实时测量空间温度场分布的传感器系统，它利用光纤后向拉曼（Raman）的散射光谱的温度效应测量光纤所在的温度场信息，利用光纤的光时域放射（OTDR）技术对测量点进行定位。经过几十年的发展，分布式光纤测温系统有了很大发展，研究出了多种传感机理，正在被应用于高速公路隧道、发电厂、城市轨道交通等多种场合。 2.DTS简介 2.1DTS系统构成 DTS系统主要由测温主机、感温光纤、监视机（工控机）等组成，其系统构成如图1所示。 图1DTS系统组成 测温主机内置有激光发射器，产生照射到测温光缆的激光，并通过一定的数学模型，对光纤单独点的后向散射光进行处理。监视机通过串口与测温主机通信，将测温主机的测量参数，在监视机上显示出来，并通过监视机设定测温主机的参数。测温主机具有与外界通信控制器交换信息的通信接口，如RS485、RJ45接口。测温主机带有可扩展的继电器输出端子，用来将开关量信息输出到通信模块，实现紧急情况下的硬件联动。 2.2测温的基本原理 DTS系统的基本原理：向光纤中发射一个光脉冲后，光纤中的每一个单独的点都将后向散射一小部分光，这一后向散射光包含有斯托克斯光（Stokes）和非斯托克斯光（anti-Stokes）两种不同波长的光，其中，斯托克斯光与温度关系很小，而非斯托克斯光的强度随温度的变化而变化，由非斯托克斯光与斯托克斯光光强之比和温度的定量关系，可得温度值： （1） 式中，h为普朗克常数； k为玻尔兹曼常数； 为斯托克斯光强度；为非斯托克斯光强度；为伴随光的频率；为拉曼光频率增量。 利用入射光和后向散射光之间的时间差 和光纤内的光传播速度，可以计算不同散射点的位置距入射端的距离，因而可以得到光纤几乎连续的温度分布，可按下式计算： (2) 式中， 为光纤中的光传播速度，为后向散射延迟时间。 3. ISCS集成DTS方案 3.1网络结构 在某城市的地铁线路中，DTS系统被成功集成到综合监控系统(Intergrated Supervision Control System)（简称ISCS）。在该集成方案中，车站级ISCS利用其站级前置通信装置，采集本站DTS系统所测量的相关温度信息，通信控制器采集到DTS信息后，通过该线的骨干网络传输到控制中心的ISCS服务器，控制中心ISCS服务器再对全线