專(zhuān)利名稱(chēng)：分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度的校準(zhǔn)裝置與校準(zhǔn)方法，特別涉及一 種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置與方法。
背景技術(shù)：
分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)國(guó)內(nèi)外都研制了產(chǎn)品并開(kāi)始應(yīng)用于油庫(kù)、油輪、危險(xiǎn) 品侖庫(kù)、冷庫(kù)、大型貨輪、軍火庫(kù)等溫度報(bào)警；各種大、中型變壓器、發(fā)電機(jī)組的溫度分布測(cè) 量，熱保護(hù)和故障診斷；地下和架空高壓電力電纜的熱檢測(cè)與監(jiān)控；火力發(fā)電所的配管溫 度、供熱系統(tǒng)的管道、輸油管道的熱點(diǎn)檢測(cè)；化工原料、照相材料及油料生產(chǎn)過(guò)程在線動(dòng)態(tài) 檢測(cè)；高層建筑、智能大廈、橋梁、高速公路等在線動(dòng)態(tài)檢測(cè)；航空、航天飛行器的在線動(dòng)態(tài) 檢測(cè)。已成為光纖傳感技術(shù)和檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。由于它獨(dú)有的特點(diǎn)已成為工業(yè)過(guò)程控 制中的一種新的檢測(cè)方法與技術(shù)?，F(xiàn)有的分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)是由激光驅(qū)動(dòng)器、激光器、耦合器、檢測(cè)光纖、 濾波器、光雪崩二極管、放大器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成。其工作原理為激光器不斷地向 傳感光纖中發(fā)射激光，激光在光纖傳輸過(guò)程中發(fā)生空間散射。一部分光向前傳輸同時(shí)一部 分產(chǎn)生后向散射光。由于拉曼光譜對(duì)溫度敏感，通過(guò)耦合器和分光器將后向散射光中的拉 曼光譜分離出來(lái)，再經(jīng)過(guò)光雪崩二極管和放大器處理后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后再將采集到的 數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)處理器和計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理計(jì)算，最終得到溫度數(shù)據(jù)。目前，分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，市場(chǎng)需求量大，因此要求保證該 系統(tǒng)的測(cè)溫精度，需要進(jìn)行校準(zhǔn)?，F(xiàn)在主要是采用出廠時(shí)一次性校準(zhǔn)，以恒溫水槽多次測(cè)量 溫度的平均值與分布式光纖傳感器系統(tǒng)測(cè)得的溫度值進(jìn)行比較；安裝分布幾個(gè)熱電偶多次 進(jìn)行溫度測(cè)量取平均值與分布式光纖傳感器系統(tǒng)測(cè)得的溫度值進(jìn)行比較；但由于溫度受到 多種參數(shù)的影響，隨著系統(tǒng)在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)使用的時(shí)間增長(zhǎng)，計(jì)算機(jī)上顯示的溫度值與實(shí)際光 纖上的溫度值的誤差會(huì)逐漸擴(kuò)大?，F(xiàn)有的辦法是定期將設(shè)備返還廠家進(jìn)行檢測(cè)、校準(zhǔn)?，F(xiàn)有的對(duì)分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)校準(zhǔn)的方法，存在的缺陷和不足之處如下1、由于恒溫水槽屬于中小型設(shè)備，不易方便攜帶，加大了人力物力；2、測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)比較復(fù)雜，恒溫水槽不易布置，影響校準(zhǔn)工作；3、分布式的熱電偶需要安裝在測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)，從而破壞現(xiàn)場(chǎng)；4、校準(zhǔn)溫度時(shí)需要中斷溫度監(jiān)測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置與方 法，運(yùn)用現(xiàn)有理論校準(zhǔn)基礎(chǔ)和溫度計(jì)量知識(shí)，解決了分布式光纖溫度傳感器的校準(zhǔn)問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一、一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置包括圓柱體、隔熱圈、兩片加熱片、電源、四個(gè)熱電偶、具有特定發(fā)射率的物質(zhì)、便攜式紅外熱像儀、計(jì)算機(jī)、隔熱罩和三腳架；將分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)前端的檢測(cè)光纖按其自然半徑盤(pán)繞后放入橫向放置的圓柱體的空腔內(nèi)，蓋上隔熱罩，圓柱體外裝有隔熱圈， 兩片加熱片對(duì)稱(chēng)設(shè)置在圓柱體內(nèi)部，加熱片連接電源，在圓柱體空腔底部等分布置四個(gè)熱 電偶，四個(gè)熱電偶分別連計(jì)算機(jī)，在圓柱體底面涂一層特定發(fā)射率的物質(zhì)，距特定發(fā)射率的 物質(zhì)的正前方l_2m處放置便攜式紅外熱像儀。二、一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法在外包裹隔熱圈的、橫向放置的圓柱體內(nèi)安裝有分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的檢 測(cè)光纖，檢測(cè)光纖按其自然半徑盤(pán)繞后放入橫向放置的圓柱體空腔內(nèi)，安裝檢測(cè)光纖的圓 柱體一端蓋上隔熱罩，兩片加熱片對(duì)稱(chēng)設(shè)置在圓柱體內(nèi)部，加熱片連接電源，從而對(duì)圓柱體 進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為10-20分鐘，圓柱體空腔底部等分布置四個(gè)熱電偶，四個(gè)熱電偶分別 連計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理部分進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)得的溫度場(chǎng)的變化直至誤差在允許誤差范圍內(nèi)，才開(kāi) 始紅外測(cè)溫，圓柱體底面涂一層特定發(fā)射率的物質(zhì)，便攜式紅外熱像儀放置在所述前面板 正前方的l-2m距離，利用便攜式紅外熱像儀非接觸式測(cè)溫進(jìn)行溫度測(cè)量；將便攜式紅外熱 像儀測(cè)得的溫度與分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)測(cè)得的溫度進(jìn)行比較，從而完成校準(zhǔn)過(guò)程。本發(fā)明運(yùn)用現(xiàn)有理論校準(zhǔn)基礎(chǔ)和溫度計(jì)量知識(shí)，解決了分布式光纖溫度傳感器的 校準(zhǔn)問(wèn)題，提供一種方便實(shí)用的適合布置在現(xiàn)場(chǎng)分布式光纖溫度傳感器進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。由 于分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)的檢測(cè)光纖都是長(zhǎng)距離分布測(cè)溫，而且工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)如地下，高 壓電纜，高溫鍋爐等惡劣環(huán)境，此方法提供一種實(shí)用方便攜帶校準(zhǔn)裝置，可降低操作人員的 工作難度保護(hù)操作人員的安全，校準(zhǔn)分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)對(duì)實(shí)際應(yīng)用中有一定的必 要性。與背景技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果是1、針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝的分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)測(cè)溫進(jìn)行校準(zhǔn)，無(wú)需安裝在測(cè) 溫現(xiàn)場(chǎng)因此不會(huì)破壞現(xiàn)場(chǎng)；2、裝置小型實(shí)用，不受小空間測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)局限；3、無(wú)需中斷溫度監(jiān)測(cè)，大大減少項(xiàng)目運(yùn)作停工的時(shí)間和次數(shù)；4、該方法提供的裝置小型實(shí)用方便攜帶，適合現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)，為廠家測(cè)量調(diào)試大大節(jié) 省人力和物力；5、該方法提供的裝置降低操作人員的工作難度，提高工作效率。


圖1是本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置圓柱體空腔的平面圖。圖2是本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置整體的剖面圖。圖3是本發(fā)明的分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)校準(zhǔn)方法的整體裝置連接圖。圖4是本發(fā)明的校準(zhǔn)過(guò)程基本操作步驟。圖中1、檢測(cè)光纖，2、圓柱體，3、隔熱圈，4、加熱片，5、電源，6、熱電偶，7、分布式光 纖溫度傳感器系統(tǒng)，8、具有特定發(fā)射率的物質(zhì)，9、便攜式紅外熱像儀，10、計(jì)算機(jī)，11、隔熱 罩，12、三腳架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)含附圖和實(shí)施對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明包括圓柱體2、隔熱圈3、兩片加熱片4、電源5、四個(gè) 熱電偶6、具有特定發(fā)射率的物質(zhì)8、便攜式紅外熱像儀9、計(jì)算機(jī)10、隔熱罩11和三腳架 12 ；將分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7前端的檢測(cè)光 纖1按其自然半徑盤(pán)繞后放入橫向放置 的圓柱體2的空腔內(nèi)，蓋上隔熱罩11，圓柱體2外裝有隔熱圈3，兩片加熱片4對(duì)稱(chēng)設(shè)置在 圓柱體2內(nèi)部，加熱片連接電源5，在圓柱體2空腔底部等分布置四個(gè)熱電偶6，四個(gè)熱電偶 6分別連計(jì)算機(jī)10，在圓柱體2底面涂一層特定發(fā)射率的物質(zhì)8，距特定發(fā)射率的物質(zhì)8的 正前方l_2m處放置便攜式紅外熱像儀9。在圖2中，圓柱體2外柱體底部即圖的右側(cè)作為前面板，圓柱體2內(nèi)嵌在隔熱圈 內(nèi)，因此所述前面板為腔體式；在所述的前面板上涂上一層特定發(fā)射率的物質(zhì)8，結(jié)合設(shè)置 紅外熱像儀的發(fā)射率；加熱片4安置的位置要在分布熱電偶6的位置和所述前面板位置 的中間位置，使得加熱后光纖所測(cè)的溫度場(chǎng)的溫度與紅外測(cè)量所述前面板溫度場(chǎng)的溫度一 致；圖的左側(cè)是隔熱罩3可自行拿取，覆蓋圓柱體2空腔。在圖3中，分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7前端的檢測(cè)光纖1可按其自然半徑盤(pán)繞 放置在圓柱體2空腔內(nèi)，測(cè)溫時(shí)減少檢測(cè)光纖的光損耗度；材質(zhì)為導(dǎo)熱性好的導(dǎo)體材料，使 得加熱后圓柱體2的溫度均勻性好；圓柱體2外加多層隔熱圈3和可自行拿取的隔熱罩11， 減少熱損耗使得圓柱體的熱均勻度更好；加熱片4接通110-220V交流電源5，可進(jìn)行加熱， 其加熱時(shí)間10-20分鐘；安置四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)熱電偶6，分別通過(guò)數(shù)據(jù)采集讀取數(shù)據(jù)上傳入計(jì)算機(jī) 10進(jìn)行數(shù)據(jù)處理并顯示在計(jì)算機(jī)10上，達(dá)到時(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所述溫度場(chǎng)溫度情況的效果；當(dāng)計(jì)算 機(jī)10顯示所述溫度場(chǎng)達(dá)到測(cè)溫要求，開(kāi)始使用便攜式紅外熱像儀9進(jìn)行溫度測(cè)量；根據(jù)前 面板上所涂的物質(zhì)材料8的已知發(fā)射率和當(dāng)時(shí)的環(huán)境參數(shù)設(shè)置便攜式紅外熱像儀9的參 數(shù)；將便攜式紅外熱像儀9利用三腳架12固定放置在離所述前面板正對(duì)的位置進(jìn)行溫度測(cè) 量；最后將便攜式紅外熱像儀9與分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7的所測(cè)得溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行比 較，數(shù)據(jù)處理部分完成從而實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)過(guò)程。在圖4中，校準(zhǔn)過(guò)程由以下幾個(gè)步驟組成本發(fā)明將被校檢測(cè)光纖1按其最小半徑超過(guò)其空間分辨率長(zhǎng)度盤(pán)繞成環(huán)形放置 于圓柱體空腔內(nèi)；蓋上隔熱罩11，檢查裝置無(wú)誤，熱電偶6連接計(jì)算機(jī)10 ；加熱片4接通電源5加熱，熱電偶6通過(guò)數(shù)據(jù)通訊接口和數(shù)據(jù)處理器讀取數(shù)據(jù)入 計(jì)算機(jī)10進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，通過(guò)計(jì)算機(jī)10顯示溫度情況；加熱等待直到所述溫度場(chǎng)穩(wěn)定在誤差允許范圍內(nèi)；等到溫度場(chǎng)穩(wěn)定后開(kāi)始測(cè)溫工作，使用便攜式紅外熱像儀9開(kāi)始溫度測(cè)量；便攜式紅外熱像儀9得到的溫度數(shù)據(jù)再與分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7的溫度數(shù) 據(jù)進(jìn)行比較，完成校準(zhǔn)工作，校準(zhǔn)結(jié)束。本發(fā)明提供一種校準(zhǔn)裝置，包括可加熱圓柱體2，為校準(zhǔn)分布式光纖溫度傳感器系 統(tǒng)7前端的檢測(cè)光纖1提供一個(gè)穩(wěn)定的溫度場(chǎng)；所述的穩(wěn)定溫度場(chǎng)為一個(gè)圓柱體2的空腔 底面，分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7前端的檢測(cè)光纖1按其自然半徑盤(pán)繞放置，測(cè)溫時(shí)減少 檢測(cè)光纖的光損耗度；圓柱體2材質(zhì)為任何導(dǎo)熱性好的材料，一般為鋁制材料，使得加熱后圓柱體2的溫度均勻性好；圓柱體2外加隔熱圈3和隔熱罩11，減少熱損耗使得圓柱體2 加熱后熱均勻度更好；圓柱體2內(nèi)柱體底部與外柱體底部的中心平面對(duì)稱(chēng)分布兩個(gè)加熱片 4對(duì)圓柱體2進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為10-20分鐘；在圓柱體2內(nèi)柱體底部等分位置放置四個(gè) 標(biāo)準(zhǔn)熱電偶6，四個(gè)熱電偶6分別與計(jì)算機(jī)10連接將數(shù)據(jù)上傳入計(jì)算機(jī)10進(jìn)行數(shù)據(jù)處理， 測(cè)量圓柱體內(nèi)柱體所述溫度場(chǎng)四個(gè)位置的溫度，從而根據(jù)溫度數(shù)據(jù)判定是否達(dá)到穩(wěn)定溫度 場(chǎng)；圓柱體2外柱體底部作為前面板，所述前面板上涂一層已知特定發(fā)射率的材料8，特定 發(fā)射率物質(zhì)選取物質(zhì)的發(fā)射率為一個(gè)特定值，而不是一個(gè)模糊范圍，最好是與黑體腔內(nèi)一 樣的發(fā)射率為1的物質(zhì)材料，其他特定發(fā)射率物質(zhì)只要結(jié)合設(shè)置紅外熱像儀的發(fā)射率都可 進(jìn)行溫度測(cè)量；利用三腳架12固定便攜式紅外熱像儀9對(duì)所述前面板的溫度測(cè)量；最后將 便攜式紅外熱像儀9測(cè)得的溫度值與分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7測(cè)得溫度值進(jìn)行比較， 達(dá)到溫度校準(zhǔn)過(guò)程。具體實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下按照上述實(shí)施校準(zhǔn)過(guò)程搭建實(shí)驗(yàn)裝置，前端檢測(cè)光纖1取整段光纖的IOOO-IOlOm 處；圓柱體2材質(zhì)選用鋁質(zhì)材料；加熱片4連接220v交流電源進(jìn)行加熱；加熱20分鐘后，熱 電偶6通過(guò)數(shù)據(jù)采集模塊連接計(jì)算機(jī)10顯示4個(gè)熱電偶6的數(shù)據(jù)分別為88. 3°C，88. 5°C， 88. 4°C，88. 6°C ；四個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)平均為88. 45°C，其最大誤差為0. 15°C，該溫度誤差穩(wěn)定在誤 差范圍內(nèi)可判定所述溫度場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)了，可以開(kāi)始紅外測(cè)溫；使用便攜式紅外熱像儀 9正對(duì)著所述前面板，距離所述前面板2m進(jìn)行溫度測(cè)量，設(shè)置參數(shù)環(huán)境溫度，發(fā)射率，距離； 便攜式紅外熱像儀9測(cè)得所述前面板的溫度為88. 5°C ；分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)7根據(jù) 系統(tǒng)軟件界面上所測(cè)的曲線定位在IOOO-IOlOm距離段所測(cè)的溫度為89°C ；兩者溫度差值 為0.5V，在誤差允許范圍之內(nèi)，得出該系統(tǒng)目前運(yùn)行所得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，校準(zhǔn)結(jié)束。
權(quán)利要求
一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置，其特征在于包括圓柱體(2)、隔熱圈(3)、兩片加熱片(4)、電源(5)、四個(gè)熱電偶(6)、具有特定發(fā)射率的物質(zhì)(8)、便攜式紅外熱像儀(9)、計(jì)算機(jī)(10)、隔熱罩(11)和三腳架(12)；將分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)(7)前端的檢測(cè)光纖(1)按其自然半徑盤(pán)繞后放入橫向放置的圓柱體(2)的空腔內(nèi)，蓋上隔熱罩(11)，圓柱體(2)外裝有隔熱圈(3)，兩片加熱片(4)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在圓柱體(2)內(nèi)部，加熱片連接電源(5)，在圓柱體(2)空腔底部等分布置四個(gè)熱電偶(6)，四個(gè)熱電偶(6)分別連計(jì)算機(jī)(10)，在圓柱體(2)底面涂一層特定發(fā)射率的物質(zhì)(8)，距特定發(fā)射率的物質(zhì)(8)的正前方1-2m處放置便攜式紅外熱像儀(9)。
2.按權(quán)利要求1所述裝置的一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)方法，其特 征在于在外包裹隔熱圈⑶的、橫向放置的圓柱體⑵內(nèi)安裝有分布式光纖溫度傳感器系 統(tǒng)(7)的檢測(cè)光纖(1)，檢測(cè)光纖(1)按其自然半徑盤(pán)繞后放入橫向放置的圓柱體(2)空腔 內(nèi)，安裝檢測(cè)光纖(1)的圓柱體(2) —端蓋上隔熱罩(11)，兩片加熱片(4)對(duì)稱(chēng)設(shè)置在圓 柱體(2)內(nèi)部，加熱片連接電源(5)，從而對(duì)圓柱體(2)進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間為10-20分鐘， 圓柱體(2)空腔底部等分布置四個(gè)熱電偶(6)，四個(gè)熱電偶(6)分別連計(jì)算機(jī)(10)數(shù)據(jù)處 理部分進(jìn)行測(cè)溫，測(cè)得的溫度場(chǎng)的變化直至誤差在允許誤差范圍內(nèi)，才開(kāi)始紅外測(cè)溫，圓柱 體(2)底面涂一層特定發(fā)射率的物質(zhì)(8)，便攜式紅外熱像儀(9)放置在所述前面板正前方 的l_2m距離，利用便攜式紅外熱像儀(9)非接觸式測(cè)溫進(jìn)行溫度測(cè)量；將便攜式紅外熱像 儀(9)測(cè)得的溫度與分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)(7)測(cè)得的溫度進(jìn)行比較，從而完成校準(zhǔn) 過(guò)程。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)溫度現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)裝置與方法。將分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)前端的檢測(cè)光纖按其自然半徑盤(pán)繞后放入橫向放置的圓柱體的空腔內(nèi)，蓋上隔熱罩，圓柱體外裝有隔熱圈，在圓柱體空腔底部等分布置四個(gè)熱電偶分別連接計(jì)算機(jī)，兩片加熱片對(duì)稱(chēng)設(shè)置在圓柱體內(nèi)部連接電源，在圓柱體外底面涂一層特定發(fā)射率的物質(zhì)，距特定發(fā)射率的物質(zhì)的正前方放置便攜式紅外熱像儀進(jìn)行溫度測(cè)量，將分布式光纖溫度傳感器系統(tǒng)所測(cè)溫度與紅外所測(cè)溫度進(jìn)行比較，實(shí)現(xiàn)校準(zhǔn)過(guò)程。無(wú)需安裝在測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)因此不會(huì)破壞現(xiàn)場(chǎng)，裝置小型實(shí)用，不受小空間測(cè)溫現(xiàn)場(chǎng)局限；無(wú)需中斷溫度監(jiān)測(cè)，減少項(xiàng)目運(yùn)作停工的時(shí)間和次數(shù)；降低操作難度，提高工作效率。
文檔編號(hào)G01K15/00GK101813532SQ20101013637
公開(kāi)日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者吳娟, 孫堅(jiān), 富雅瓊, 張小麗, 鄭恩輝, 陳樂(lè) 申請(qǐng)人:中國(guó)計(jì)量學(xué)院