專利名稱：分布式光纖溫度傳感器系統溫度現場校準裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明涉及分布式光纖溫度傳感器系統溫度的校準裝置與校準方法，特別涉及一 種分布式光纖溫度傳感器系統溫度現場校準裝置與方法。
背景技術：
分布式光纖溫度傳感器系統國內外都研制了產品并開始應用于油庫、油輪、危險 品侖庫、冷庫、大型貨輪、軍火庫等溫度報警；各種大、中型變壓器、發(fā)電機組的溫度分布測 量，熱保護和故障診斷；地下和架空高壓電力電纜的熱檢測與監(jiān)控；火力發(fā)電所的配管溫 度、供熱系統的管道、輸油管道的熱點檢測；化工原料、照相材料及油料生產過程在線動態(tài) 檢測；高層建筑、智能大廈、橋梁、高速公路等在線動態(tài)檢測；航空、航天飛行器的在線動態(tài) 檢測。已成為光纖傳感技術和檢測技術的發(fā)展趨勢。由于它獨有的特點已成為工業(yè)過程控 制中的一種新的檢測方法與技術?，F有的分布式光纖溫度傳感器系統是由激光驅動器、激光器、耦合器、檢測光纖、 濾波器、光雪崩二極管、放大器、數據采集器和計算機組成。其工作原理為激光器不斷地向 傳感光纖中發(fā)射激光，激光在光纖傳輸過程中發(fā)生空間散射。一部分光向前傳輸同時一部 分產生后向散射光。由于拉曼光譜對溫度敏感，通過耦合器和分光器將后向散射光中的拉 曼光譜分離出來，再經過光雪崩二極管和放大器處理后進行數據采集，然后再將采集到的 數據送往數據處理器和計算機進行數據處理計算，最終得到溫度數據。目前，分布式光纖溫度傳感器系統應用領域廣泛，市場需求量大，因此要求保證該 系統的測溫精度，需要進行校準?，F在主要是采用出廠時一次性校準，以恒溫水槽多次測量 溫度的平均值與分布式光纖傳感器系統測得的溫度值進行比較；安裝分布幾個熱電偶多次 進行溫度測量取平均值與分布式光纖傳感器系統測得的溫度值進行比較；但由于溫度受到 多種參數的影響，隨著系統在工業(yè)現場使用的時間增長，計算機上顯示的溫度值與實際光 纖上的溫度值的誤差會逐漸擴大?，F有的辦法是定期將設備返還廠家進行檢測、校準?，F有的對分布式光纖溫度傳感器系統校準的方法，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備，不易方便攜帶，加大了人力物力；2、測溫現場比較復雜，恒溫水槽不易布置，影響校準工作；3、分布式的熱電偶需要安裝在測溫現場，從而破壞現場；4、校準溫度時需要中斷溫度監(jiān)測。

發(fā)明內容
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溫度現場校準裝置與方 法，運用現有理論校準基礎和溫度計量知識，解決了分布式光纖溫度傳感器的校準問題。為了實現上述目的，本發(fā)明的技術方案是一、一種分布式光纖溫度傳感器系統溫度的現場校準裝置包括圓柱體、隔熱圈、兩片加熱片、電源、四個熱電偶、具有特定發(fā)射率的物質、便攜式紅外熱像儀、計算機、隔熱罩和三腳架；將分布式光纖溫度傳感器系統前端的檢測光纖按其自然半徑盤繞后放入橫向放置的圓柱體的空腔內，蓋上隔熱罩，圓柱體外裝有隔熱圈， 兩片加熱片對稱設置在圓柱體內部，加熱片連接電源，在圓柱體空腔底部等分布置四個熱 電偶，四個熱電偶分別連計算機，在圓柱體底面涂一層特定發(fā)射率的物質，距特定發(fā)射率的 物質的正前方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溫度的現場校準方法在外包裹隔熱圈的、橫向放置的圓柱體內安裝有分布式光纖溫度傳感器系統的檢 測光纖，檢測光纖按其自然半徑盤繞后放入橫向放置的圓柱體空腔內，安裝檢測光纖的圓 柱體一端蓋上隔熱罩，兩片加熱片對稱設置在圓柱體內部，加熱片連接電源，從而對圓柱體 進行加熱，加熱時間為10-20分鐘，圓柱體空腔底部等分布置四個熱電偶，四個熱電偶分別 連計算機數據處理部分進行測溫，測得的溫度場的變化直至誤差在允許誤差范圍內，才開 始紅外測溫，圓柱體底面涂一層特定發(fā)射率的物質，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溫進行溫度測量；將便攜式紅外熱 像儀測得的溫度與分布式光纖溫度傳感器系統測得的溫度進行比較，從而完成校準過程。本發(fā)明運用現有理論校準基礎和溫度計量知識，解決了分布式光纖溫度傳感器的 校準問題，提供一種方便實用的適合布置在現場分布式光纖溫度傳感器進行現場校準。由 于分布式光纖溫度傳感器系統的檢測光纖都是長距離分布測溫，而且工業(yè)現場如地下，高 壓電纜，高溫鍋爐等惡劣環(huán)境，此方法提供一種實用方便攜帶校準裝置，可降低操作人員的 工作難度保護操作人員的安全，校準分布式光纖溫度傳感器系統對實際應用中有一定的必 要性。與背景技術相比，本發(fā)明具有的有益效果是1、針對工業(yè)現場安裝的分布式光纖溫度傳感器系統測溫進行校準，無需安裝在測 溫現場因此不會破壞現場；2、裝置小型實用，不受小空間測溫現場局限；3、無需中斷溫度監(jiān)測，大大減少項目運作停工的時間和次數；4、該方法提供的裝置小型實用方便攜帶，適合現場校準，為廠家測量調試大大節(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)明的校準裝置圓柱體空腔的平面圖。圖2是本發(fā)明的校準裝置整體的剖面圖。圖3是本發(fā)明的分布式光纖溫度傳感器系統校準方法的整體裝置連接圖。圖4是本發(fā)明的校準過程基本操作步驟。圖中1、檢測光纖，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，8、具有特定發(fā)射率的物質，9、便攜式紅外熱像儀，10、計算機，11、隔熱 罩，12、三腳架。
具體實施例方式下面結含附圖和實施對本發(fā)明作進一步描述。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 熱電偶6、具有特定發(fā)射率的物質8、便攜式紅外熱像儀9、計算機10、隔熱罩11和三腳架 12 ；將分布式光纖溫度傳感器系統7前端的檢測光 纖1按其自然半徑盤繞后放入橫向放置 的圓柱體2的空腔內，蓋上隔熱罩11，圓柱體2外裝有隔熱圈3，兩片加熱片4對稱設置在 圓柱體2內部，加熱片連接電源5，在圓柱體2空腔底部等分布置四個熱電偶6，四個熱電偶 6分別連計算機10，在圓柱體2底面涂一層特定發(fā)射率的物質8，距特定發(fā)射率的物質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作為前面板，圓柱體2內嵌在隔熱圈 內，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8，結合設置 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的溫度場的溫度與紅外測量所述前面板溫度場的溫度一 致；圖的左側是隔熱罩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7前端的檢測光纖1可按其自然半徑盤繞 放置在圓柱體2空腔內，測溫時減少檢測光纖的光損耗度；材質為導熱性好的導體材料，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，可進行加熱， 其加熱時間10-20分鐘；安置四個標準熱電偶6，分別通過數據采集讀取數據上傳入計算機 10進行數據處理并顯示在計算機10上，達到時時監(jiān)測所述溫度場溫度情況的效果；當計算 機10顯示所述溫度場達到測溫要求，開始使用便攜式紅外熱像儀9進行溫度測量；根據前 面板上所涂的物質材料8的已知發(fā)射率和當時的環(huán)境參數設置便攜式紅外熱像儀9的參 數；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的位置進行溫度測 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7的所測得溫度數據進行比 較，數據處理部分完成從而實現校準過程。在圖4中，校準過程由以下幾個步驟組成本發(fā)明將被校檢測光纖1按其最小半徑超過其空間分辨率長度盤繞成環(huán)形放置 于圓柱體空腔內；蓋上隔熱罩11，檢查裝置無誤，熱電偶6連接計算機10 ；加熱片4接通電源5加熱，熱電偶6通過數據通訊接口和數據處理器讀取數據入 計算機10進行數據處理，通過計算機10顯示溫度情況；加熱等待直到所述溫度場穩(wěn)定在誤差允許范圍內；等到溫度場穩(wěn)定后開始測溫工作，使用便攜式紅外熱像儀9開始溫度測量；便攜式紅外熱像儀9得到的溫度數據再與分布式光纖溫度傳感器系統7的溫度數 據進行比較，完成校準工作，校準結束。本發(fā)明提供一種校準裝置，包括可加熱圓柱體2，為校準分布式光纖溫度傳感器系 統7前端的檢測光纖1提供一個穩(wěn)定的溫度場；所述的穩(wěn)定溫度場為一個圓柱體2的空腔 底面，分布式光纖溫度傳感器系統7前端的檢測光纖1按其自然半徑盤繞放置，測溫時減少 檢測光纖的光損耗度；圓柱體2材質為任何導熱性好的材料，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內柱體底部與外柱體底部的中心平面對稱分布兩個加熱片 4對圓柱體2進行加熱，加熱時間為10-20分鐘；在圓柱體2內柱體底部等分位置放置四個 標準熱電偶6，四個熱電偶6分別與計算機10連接將數據上傳入計算機10進行數據處理， 測量圓柱體內柱體所述溫度場四個位置的溫度，從而根據溫度數據判定是否達到穩(wěn)定溫度 場；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)射率物質選取物質的發(fā)射率為一個特定值，而不是一個模糊范圍，最好是與黑體腔內一 樣的發(fā)射率為1的物質材料，其他特定發(fā)射率物質只要結合設置紅外熱像儀的發(fā)射率都可 進行溫度測量；利用三腳架12固定便攜式紅外熱像儀9對所述前面板的溫度測量；最后將 便攜式紅外熱像儀9測得的溫度值與分布式光纖溫度傳感器系統7測得溫度值進行比較， 達到溫度校準過程。具體實驗過程如下按照上述實施校準過程搭建實驗裝置，前端檢測光纖1取整段光纖的IOOO-IOlOm 處；圓柱體2材質選用鋁質材料；加熱片4連接220v交流電源進行加熱；加熱20分鐘后，熱 電偶6通過數據采集模塊連接計算機10顯示4個熱電偶6的數據分別為88. 3°C，88. 5°C， 88. 4°C，88. 6°C ；四個數據區(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 差范圍內可判定所述溫度場達到穩(wěn)定狀態(tài)了，可以開始紅外測溫；使用便攜式紅外熱像儀 9正對著所述前面板，距離所述前面板2m進行溫度測量，設置參數環(huán)境溫度，發(fā)射率，距離； 便攜式紅外熱像儀9測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7根據 系統軟件界面上所測的曲線定位在IOOO-IOlOm距離段所測的溫度為89°C ；兩者溫度差值 為0.5V，在誤差允許范圍之內，得出該系統目前運行所得數據準確，校準結束。
權利要求
一種分布式光纖溫度傳感器系統溫度現場校準裝置，其特征在于包括圓柱體(2)、隔熱圈(3)、兩片加熱片(4)、電源(5)、四個熱電偶(6)、具有特定發(fā)射率的物質(8)、便攜式紅外熱像儀(9)、計算機(10)、隔熱罩(11)和三腳架(12)；將分布式光纖溫度傳感器系統(7)前端的檢測光纖(1)按其自然半徑盤繞后放入橫向放置的圓柱體(2)的空腔內，蓋上隔熱罩(11)，圓柱體(2)外裝有隔熱圈(3)，兩片加熱片(4)對稱設置在圓柱體(2)內部，加熱片連接電源(5)，在圓柱體(2)空腔底部等分布置四個熱電偶(6)，四個熱電偶(6)分別連計算機(10)，在圓柱體(2)底面涂一層特定發(fā)射率的物質(8)，距特定發(fā)射率的物質(8)的正前方1-2m處放置便攜式紅外熱像儀(9)。
2.按權利要求1所述裝置的一種分布式光纖溫度傳感器系統溫度現場校準方法，其特 征在于在外包裹隔熱圈⑶的、橫向放置的圓柱體⑵內安裝有分布式光纖溫度傳感器系 統(7)的檢測光纖(1)，檢測光纖(1)按其自然半徑盤繞后放入橫向放置的圓柱體(2)空腔 內，安裝檢測光纖(1)的圓柱體(2) —端蓋上隔熱罩(11)，兩片加熱片(4)對稱設置在圓 柱體(2)內部，加熱片連接電源(5)，從而對圓柱體(2)進行加熱，加熱時間為10-20分鐘， 圓柱體(2)空腔底部等分布置四個熱電偶(6)，四個熱電偶(6)分別連計算機(10)數據處 理部分進行測溫，測得的溫度場的變化直至誤差在允許誤差范圍內，才開始紅外測溫，圓柱 體(2)底面涂一層特定發(fā)射率的物質(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)非接觸式測溫進行溫度測量；將便攜式紅外熱像 儀(9)測得的溫度與分布式光纖溫度傳感器系統(7)測得的溫度進行比較，從而完成校準 過程。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式光纖溫度傳感器系統溫度現場校準裝置與方法。將分布式光纖溫度傳感器系統前端的檢測光纖按其自然半徑盤繞后放入橫向放置的圓柱體的空腔內，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熱電偶分別連接計算機，兩片加熱片對稱設置在圓柱體內部連接電源，在圓柱體外底面涂一層特定發(fā)射率的物質，距特定發(fā)射率的物質的正前方放置便攜式紅外熱像儀進行溫度測量，將分布式光纖溫度傳感器系統所測溫度與紅外所測溫度進行比較，實現校準過程。無需安裝在測溫現場因此不會破壞現場，裝置小型實用，不受小空間測溫現場局限；無需中斷溫度監(jiān)測，減少項目運作停工的時間和次數；降低操作難度，提高工作效率。
文檔編號G01K15/00GK101813532SQ20101013637
公開日2010年8月25日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權日2010年3月30日
發(fā)明者吳娟, 孫堅, 富雅瓊, 張小麗, 鄭恩輝, 陳樂 申請人:中國計量學院