分布式光纖傳感在淺井測溫中的應(yīng)用技術(shù) 

對物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在地源熱泵系統(tǒng)數(shù)據(jù)可視化的應(yīng)用進(jìn)行了研究，對硬件設(shè)備運行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及分析，通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將數(shù)據(jù)上傳云端，借助大數(shù)據(jù)處理軟件平臺實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化監(jiān)測系統(tǒng)。系統(tǒng)分為兩部分：一部分主要采用底層安裝的溫度傳感器、電表、熱量表、流量表等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；另一部分采用優(yōu)化的軟件系統(tǒng)對地溫、熱量、能耗等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計并進(jìn)行圖表化顯示。其中數(shù)據(jù)通過總線形式傳輸給PLC，再由PLC上傳至網(wǎng)絡(luò)云端。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從終端設(shè)備數(shù)據(jù)采集，到物聯(lián)網(wǎng)傳輸、數(shù)據(jù)中心與服務(wù)平臺、前端應(yīng)用等完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，實現(xiàn)了對地溫空調(diào)運行的可視化監(jiān)測。

常用地溫測量方法以實測法為主。

(一)鉆孔測溫

用電阻溫度計測量鉆孔內(nèi)井液溫度代替所測深度地層的溫度。地?zé)徙@井中常用這種方法。在鉆井停機48～72h后，鉆井液溫度與井壁巖層溫度趨于平衡，所測井液溫度為巖層溫度。具體方法是用頂部可變換的、熱容小的熱敏元件組成測溫探頭，連接電纜置于所測深度。這種方法測試可以認(rèn)為不受地下水流體影響。

(二)淺井測溫

指<200m深的淺井中的測溫或梯度測量。在井孔中用電阻溫度計測量水體的溫度或井液溫度。井液的溫度更能準(zhǔn)確代表井壁巖層的溫度，井水的溫度在沒有地下水徑流、越流等對流作用時，可代表井壁的溫度。淺井測量時可以同時測不同深度的水溫，用以計算地溫梯度。方法是用單一電阻溫度計或多個溫度計同時測量不同深度水溫。

(三)淺層土壤測量

用在土壤中埋設(shè)熱敏電阻溫度計的方法測量1～50m深的土壤溫度。用此方法還可以測量熱流體上升通道而判別斷裂和裂隙的位置，識別活動構(gòu)造。當(dāng)淺孔測溫<20m深時要剔除地表氣溫的影響。

根據(jù)測溫鉆孔的深度一般把地溫測量方法分為以下3類:①米測溫法(深1～3m);②淺孔測溫法(深10～30m);③深孔測溫法(深度＞30m)。前兩種統(tǒng)稱淺層測溫法,它具有較好的經(jīng)濟(jì)性(特別是米測溫法),而且對地?zé)岙惓�區(qū)一般有良好的異常顯示,故淺層測溫法是勘探地?zé)崽锏闹饕�地溫測量方法。

地溫測量的深度應(yīng)根據(jù)儲熱構(gòu)造的埋深、溫度及當(dāng)?shù)氐乃�文地質(zhì)、氣候條件而定。在埋深較小的高溫地?zé)釁^(qū),由于地表地?zé)岙惓Ｃ黠@,可采用淺層測溫法。在地?zé)崞詹殡A段可使用成本低的米溫測量,測量1～2m的表層地溫。深孔測溫法孔深一般在50～200m之間,鉆孔間距取決于地?zé)岙惓５姆秶�。其�?yōu)點在于不受氣候變化的影響,但鉆井費用較高。一般為地?zé)峥辈榈脑敳殡A段要使用。

測溫勘探過程中,應(yīng)盡量避免自然因素和人為因素的影響,包括日照、地形、大氣降水、地下水活動和人工熱源對溫度測量的干擾。諸如地下水活動可能帶走傳導(dǎo)熱流,而導(dǎo)致梯度測量數(shù)值的假象,過淺的地溫測量應(yīng)該校正因氣溫帶來的數(shù)據(jù)偏差等。所以,測溫勘探最好選擇構(gòu)造特征相近地段、氣溫變化不大時間段進(jìn)行測量,以增加測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

我們所熟悉的傳統(tǒng)測溫傳感器存在著一定的缺陷，比如，傳統(tǒng)的傳感器大多是電量型的，測量范圍小、并網(wǎng)困難，而且點式傳感器在測量大范圍、長距離時，維護(hù)成本較高；而分布式光纖測溫技術(shù)在近二三十年得到了快速發(fā)展，通過光纖進(jìn)行傳輸，可連續(xù)測溫，光纖既是傳感器，同時也是傳輸介質(zhì)；本質(zhì)是無源設(shè)備，測量距離長，安全可靠不怕電磁場干擾。在電力、交通隧道、地鐵、石化、大壩等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，走線布置非常靈活、美觀；安裝布放簡單、施工方便；光纖材質(zhì)耐腐蝕性強，可在室外環(huán)境使用數(shù)30年，經(jīng)久耐用，超高性價比。

 

 分布式光纖傳感測溫技術(shù)的原理是利用光時域反射（OTDR）技術(shù)和拉曼（Raman）散射效應(yīng)測量沿光纖分布的溫度變化。激光器射出一束光，通過光學(xué)模塊調(diào)制后進(jìn)入感溫光纖，通過檢測光纖中反射光的信息可得出沿光纖各處分布的溫度信號。同時，由于光速為一常數(shù)，通過分析光束返回的時間，結(jié)合高速信號采集與數(shù)據(jù)處理技術(shù)，可準(zhǔn)確、快速地獲得整根傳感光纖的溫度分布信息。

系統(tǒng)包含的子系統(tǒng)：
1、傳感器與傳輸系統(tǒng)

該系統(tǒng)應(yīng)用先進(jìn)的分布式光傳感技術(shù)，通過光纖傳感器，將被測溫度量轉(zhuǎn)變成光信號。由于從傳感器輸出的信號為光信號，所以可以直接通過光纜進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸。光纖良好的耐環(huán)境性能也為長期的安全監(jiān)控提供了可靠的保障。

2、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)的功能：光纖傳感器所產(chǎn)生的光信號經(jīng)光纜的遠(yuǎn)程傳輸，然后通過放置在監(jiān)控室的光纖監(jiān)測解調(diào)儀直接進(jìn)行數(shù)字量識別并轉(zhuǎn)換為物理量，記錄的數(shù)據(jù)可以在計算機終端顯示、記錄、保存或直接進(jìn)入監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。

3、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的目的是根據(jù)各監(jiān)測項目的特點，使各種不同類型的數(shù)據(jù)通過恰當(dāng)?shù)慕M織被有效地儲存起來。在保證必要信息儲存的前提下，盡量減少數(shù)據(jù)冗余度。該管理系統(tǒng)能方便地從數(shù)據(jù)系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)可以被不同用戶方便地調(diào)用。

 

監(jiān)測范圍及運行目標(biāo) 監(jiān)測范圍

采用線式感溫光纖對地?zé)峋�進(jìn)行在線溫度監(jiān)測。

管道測溫解決方案 設(shè)計原則

本設(shè)計依據(jù)國家關(guān)于火災(zāi)自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范及工業(yè)自動化測控系統(tǒng)的設(shè)計技術(shù)規(guī)范，采用目前在工業(yè)界廣為使用并被證明是成功的分布式光纖測溫系統(tǒng)，以其結(jié)構(gòu)先進(jìn)、布線成本低、抗干擾能力強、運行安全可靠、擴充靈活方便的優(yōu)越性能，在投資費用合理的前提下，實現(xiàn)管道泄漏時溫度差監(jiān)測功能。實時監(jiān)測井下溫度，對溫度的異變及時進(jìn)行預(yù)報，及時發(fā)現(xiàn)隱患，及時進(jìn)行防范。

方案說明

根據(jù)地?zé)峋�分布情況，設(shè)計光纜安裝（參考方案），見下表：

配置清單

序號	名稱	型號	數(shù)量
1	分布式光纖測溫主機（4通道）	2000	1臺
2	特種測溫光纜（地?zé)峋�）井壁測試	120	2500米
3	特種測溫光纜（地?zé)峋�）井筒測試	-120	2500米
4	分布式光纖測溫在線監(jiān)測組態(tài)軟件		1個
5	工作站（工控機／顯示器）	610	1套
6	光纖終端盒	A	1套
7	光纖接續(xù)盒	B	2套

 

設(shè)計說明：

本項目需要地?zé)峋?口，深度均是2500m。

鋪設(shè)如下圖。

[本信息來自于今日推薦網(wǎng)]