分布式光纖測溫系統(tǒng)在核電系統(tǒng)中的應(yīng)用.pdf

1、核電是一種技術(shù)成熟、可大規(guī)模生產(chǎn)的安全、經(jīng)濟(jì)、清潔的能源，在我國能源戰(zhàn)略中占有很大的比重。進(jìn)入新世紀(jì)以后，核電進(jìn)入快速發(fā)展階段，在“積極推進(jìn)核電發(fā)展”方針的指導(dǎo)下，我國制定了核電“2020年中國核電運(yùn)行裝機(jī)容量7000 萬千瓦，在建3000 萬千瓦”的規(guī)劃目標(biāo)。由此可見，我國核電將迎來發(fā)展高峰時期，從而對核電力設(shè)施如電纜、變壓器等設(shè)備的安全運(yùn)行監(jiān)控將成為一項(xiàng)重大任務(wù)。
　　 以電信號為工作基礎(chǔ)的傳統(tǒng)溫度傳感器，如熱電偶，熱敏電阻

2、，熱釋電探測器等溫度傳感器的發(fā)展已經(jīng)非常成熟，它們以其結(jié)構(gòu)簡單、測量精度高、成本低等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)、科研、國防等領(lǐng)域。但在強(qiáng)電磁干擾或易燃易爆的場合下,傳統(tǒng)溫度傳感器受到很大的限制。
　　 隨著半導(dǎo)體激光技術(shù)、光纖傳感技術(shù)及數(shù)字信號處理等技術(shù)的發(fā)展，分布式光纖測溫技術(shù)有了飛速發(fā)展。分布式光纖測溫系統(tǒng)是一種實(shí)時、在線、多點(diǎn)溫度測量系統(tǒng)，已成為工業(yè)過程控制中一種新的檢測手段。
　　 分布式光纖測溫技術(shù)以光時域反射（

3、Optical Time-Domain Reflectometry，簡稱OTDR）原理和光纖后向拉曼散射溫敏效應(yīng)（Raman scattering Effect）為理論基礎(chǔ)。其中OTDR技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)溫度定位，拉曼散射效應(yīng)用于實(shí)現(xiàn)溫度測量。
　　 與傳統(tǒng)溫度傳感器相比，分布式光纖測溫系統(tǒng)采用光纖作為傳感元件和信息傳輸通道，具有電絕緣性、耐腐蝕性、信號傳輸帶寬寬、信息長距離傳輸損耗低等固有特性和本質(zhì)安全性，為強(qiáng)電磁場、高壓大電流、易

4、燃易爆、復(fù)雜幾何空間等惡劣環(huán)境（如地下電纜，船舶等）的溫度測試提供了可行的方法。
　　 本論文對比傳統(tǒng)溫度傳感器，提出了基于分布式光纖測溫在核電系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的一種方法。該測溫系統(tǒng)由激光發(fā)射系統(tǒng)、波分復(fù)用系統(tǒng)、溫度定標(biāo)系統(tǒng)、APD接收系統(tǒng)、USB 雙通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和微處理器系統(tǒng)組成。激光發(fā)射系統(tǒng)主要產(chǎn)生具有一定寬度和重復(fù)頻率的脈沖信號；波分復(fù)用系統(tǒng)主要完成激光耦合及提取后向拉曼散射中斯托克斯光和反斯托克斯光；溫度定標(biāo)系統(tǒng)主要完

5、成測量系統(tǒng)的初始化標(biāo)定；APD 接收系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)斯托克斯和反斯托克斯光信號的光電轉(zhuǎn)換；USB 雙通道高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要完成大量模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換和緩存；ARM 微控制系統(tǒng)為整個溫度測量系統(tǒng)的核心，主要實(shí)現(xiàn)實(shí)時數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析及報警等功能。
　　 分布式光纖測溫系統(tǒng)的工作過程分為四個階段。首先，微控制系統(tǒng)控制激光器產(chǎn)生大功率激光脈沖，光脈沖經(jīng)光路耦合器進(jìn)入一段放置在恒溫槽中的光纖，然后進(jìn)入傳感光纖；其次，激光將在傳感光纖

6、中發(fā)生散射，攜帶溫度信息的后向拉曼散射光返回經(jīng)光路耦合器和分光器將兩不同中心波長的斯托克斯光和反斯托克斯光分離；再次，分離的兩路光信號經(jīng)接收機(jī)進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換和放大后由數(shù)據(jù)采集單元進(jìn)行高速數(shù)據(jù)采樣并轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；最后，微處理器對信號進(jìn)一步處理，解調(diào)出溫度值。
　　 分布式光纖測溫系統(tǒng)以ARM9 微處理系統(tǒng)和USB 高速數(shù)據(jù)采集電路為主要硬件平臺。在嵌入式Linux系統(tǒng)下，通過軟件編程及基于MiniGUI 用戶圖形界面系統(tǒng)開發(fā)，使系統(tǒng)