分布式光纤拉曼温度传感器的运用文档格式.docx

1、临时测试最低GPS法卫星通讯较强较低3年以内图像法图像设备差底2-3年中等桥梁健康在线监测系统 桥梁健康监测的基本内涵即是通过对桥梁结构状况的监控与评估，为桥梁在特殊气候、交通条件下或桥梁运营状况异常严重时发出预警信号，为桥梁的维护维修和管 理决策提供依据与指导。然而，桥梁结构健康监测不仅是为了结构状态监控和评估，其信息反馈于结构设计的更深远的意义在于，结构设计方法与相应的规范标准等 可能得到改进。同时，桥梁健康监测得到是数据还可以用为桥梁设计的提供反思，为桥梁研究提供“现场实验室”。珏光桥梁健康在线监测系统主要采用光纤光栅传感器作为支撑传感器件,光纤传感器可以波分复用，串联连接，减少布线，同

2、时采用自主研发的MEMS式加速度计 等作为物联网感知层，系统可靠性高、施工简单、防雷击等优点，可长期在线运行。采用阿里云作为数据处理中心，数据可靠、系统可扩展性强。针对不同的客户系 统，可灵活组合。对于业主单位的一群组桥梁， 可实现统一软件管理。桥梁健康在线监测系统框图成功案例1. 嘉善七星大桥健康检查系统2. 杭州京江大桥健康监测系统监测内容传感器及型号布设方法和目的混凝土结构受力与变形JPFBGS-200, 埋入式应变计JPFBGS-110，表面式应变计JPFBGS-300；铜片表面式应变计桥墩、桥桩、横梁及桥面等混凝土结构浇筑时，截断主筋安装钢筋应力计,绑扎埋入式混凝土应变计,成型结构可

3、表面安装表面应变计,进行结构体受力和变形监测。钢结构变化JPFBGS-100；钢表面应变计在钢结构体上焊接FBG应变片,监测钢结构体的受力及变形。桥梁结构振动JPSC-100A MEMS加速度计；JPDAQ-1000；多功能数据采集仪将MEMS加速度传感器安装梁、桥面等下面,监测此类结构体振动频率、振幅及最大加速度等。裂纹及接缝宽度监测JPFBGD-300；裂缝计利用小量程位移传感器可对裂缝宽度高精监测。桥梁扰度JPFBGD-200； 静力水准仪安装于桥扰度最大处和另外一个参考点， 用通液管连接在一起，测量静力水准仪液位的变化环境变量JPFBGT-300； 温度传感器、温湿度传感器、风速传感器

4、等测环境温度和结构本身温度、环境湿度等安装在桥面上,监测桥面过风荷载。结构安全监测光纤传感系统（光纤光栅方案） 结构健康监测与安全评估系统主要用来监测和评估建筑物的安全，如机场、体育馆、大桥、隧道等，测量其位移、应变、振动等力学参数的变化， 定期历史数据、设定测点报警阈值等。结构健康监测与安全评估系统一般分成数据测量系统和数据管理与分析两大子系统，现场只作数据测量，数据管理和分析一般在远程机房进行，这可有效避免 现场测量环境恶劣的问题。数据测量系统由传感器子系统和数据采集与传输子系统有机组成；数据管理与分析系统包括监测数据管理子系统和数据分析处理子系统。珏光科技可根据工程的实际需要，定制适合于

5、工程特点的结构健康监测与安全评估系统，其网络服务器和数据服务器系统可根据本公司已有产品进行定制：光 纤传感系统采用珏光琥珀系列光纤光栅解调仪，结合珏光纤光栅温度计、光纤光栅应变计、光纤光栅渗压/压力计、光纤加速度计等组成系统。本方案适用的场合： 机场 体育馆 大桥 隧道 城市轨道交通（地铁）珏光的解决方案如下：1. 1. 采用的设备 a. 珏光琥珀 （Copal）网络一体机一台b. 珏光琥珀 （Copal）FBGS珏光纤光栅温度计、光纤光栅应变计、光纤光栅渗压/压力计、光纤加速度计等（视工程的具体情况而定）c. 网络服务器、数据服务器、防火墙等d. 视频监控系统（根据实际需求而定）e. 光纤接

6、线盒、分路器等若干个f. 多芯无金属光缆 2. 2. 采用的软件架构 a. 采用微软的Sliverlight作为网络应用程序的架构b. 采用微软的SQL服务器作为数据服务器3. 3. 工程实施的详细办法 如图所示， 系统以珏光琥珀系列光纤光栅解调仪为核心，由光纤接线盒和光纤分路器配合构架，系统采用3G/GPRS或其他网络方式和数据管理子系统连接，数据子系统由 防火墙、路由器和服务器组成。光纤分路器可以将多个光纤光栅传感器汇集到一个光栅上， 而各传感器之间彼此互不影响。与光纤光栅串接的情况相比，通过分路器连接的光纤光栅，可以避免在某个光纤光栅断接时，连接在该光纤光栅传感器后面的传感器 也与系统相

7、断接，因而有效提高了 系统的可靠性；分路器的采用是有限制的，因为每次分光，光强就会减少一半，太多的分光，就会导致光强变弱；光纤光栅的埋设可根据工程实际需要实施。珏光琥珀系列光纤光栅解调仪的独特网络配置功能大大提高了监测效率，系统管理人员可通过远程控制系统随时改变系统的设置。此外，我们也提供利用非光纤传感器的解决方案： 由一台类似的光纤光栅解调仪利用3G/GPRS网络将数据发送到数据管理子系统中。典型案例与业绩诸永高速公路隧道工程；温岭市石塘跨海大桥监控；电力开关柜在线测温报警系统 （光纤光栅方案） 在大电流情况下，高压开关柜的动、静触点及电气设备的连接头是最易出故障的薄弱环节，这些连接点如果接

8、触不良，就会严重发热，其结果是加剧接触面氧化，使 得接触电阻进一步增大，形成恶性循环；发展到一定阶段后，则会造成严重的故障，破坏供电的安全可靠。动静触点接头、高压电缆接头、连接器导体部分接触不良 引起异常过热，加速绝缘老化导致击穿，这是高压开关柜的主要故障形式。电力工业中的设备大多处在强电磁场中，一般电器类传感器无法使用。高压开关的在线监测，高压变压器绕组、发电机定子等地方的温度和位移等参数的实时检测 都需要绝缘性能好、体积小的传感器，而光纤光栅具有的抗电磁干扰和独特的安全性能恰恰能满足在这种环境条件下的使用。采用光纤光栅温度传感器可以将其直接 粘贴在接头等易发热部位上，实时监测测点温度的变化

9、，从而实现故障的早期预测和报警。当故障发生时，它能提供报警并迅速准确确定故障点位置，并按相应预案 采取安全处理措施。珏光科技的解决方案如下：1. 1. 采用的设备 b. 珏光琥珀 （Copal）FBGS绝缘光纤光栅传感器若干个（视开关柜数目而定）c. 光纤分路器（16，12）若干个d. 多芯无金属光缆e. 数据服务器（可选）2. 2. 工程实施的详细办法 如图所示，每个开关柜需要检测的点，都需要安装光纤光栅传感器，一般我们采用单端的光纤光栅传感器，通过一个16的光分路器和一个12 的光分路器将光纤光栅传感器12个探头 汇聚在多芯光缆的一根光纤里，这主要也是因为珏光琥珀系列光纤光栅解调仪每通道最

10、多可接20个传感器，而有多个开关柜就可重复这样的单元。考虑到系统往往是集成到电力系统的消防系统中，珏光琥珀系列光纤光栅解调仪提供相应的软硬件接口，以实现声光报警；同时也可选用数据服务器输出测温数据，作为历史记录。3. 3. 不同实际情况的可能调整 如果需要增加短信报警功能，珏光琥珀系列光纤光栅解调仪也可提供相应功能；不同的电力开关柜系统可能有不同的需求，我们可以考虑增加新的功能以满足实际需求。系统特点1. 无电监测、安全性好; 光纤光栅温度传感器本征绝缘、监测现场无需供电， 安全可靠；2. 测量准确、稳定性好; 测温准确性达到0.5；不受电磁干扰，传感器无零漂移，长期使用无需校正；3. 实时在

11、线、24小时守护； 全天候值守， 杜绝人为疏忽；4. 扩展性强： 系统可以采用单通道至24通道， 可最多测量432个点， 可方便和电力内部网络联系， 现已支持IEC60870-5-104规范；5. 测量速度快，采用同步扫描、并行探测技术，数秒钟内可以完成温度数据采集与传输；6. 可实现温升速率的测量，为温度监测提供强有力的技术支持；7. 远程传输，距离可达数公里至数十公里，易于组网。系统监测内容序号监测项目安装位置1开关柜动静触头上、下ABC三项静触头铜排2母线接头接头部位3电缆接头4易过热点易过热点部位采用光纤测温的必要性1. 提高设备安全保障，及时、持续、准确反映设备运行状态下的健康程度，

12、降低设备事故率，符合“无人职守变电站”目标；2. 提供运行设备的在线监测，降低人力成本，自动化程度高，减少停电检修的盲目性，为设备维护提供科学的依据，符合设备“状态检修”目标；3. 在电力系统向着500kV及以上超高压、大容量发展中，绝缘、实时、在线的监测手段具有重要的意义，使得监测无盲区，符合电力发展趋势；4. 在事故酝酿期发现隐患并及时报警，防患于未然，具有重大的经济效益和社会效益；5. 中高压开关柜目前都为密封状态，运行状态下进行人工巡检几乎不可能，因此，柜内设备的运行状态的信息就成为监测盲区；6. 红外测温在开关柜运行状态下无法获得内部设备的温度信息，不能及时发现故障并预警，造成损失。

13、技术比较红外测温光纤光栅测温非接触式测温接触式测温，温度真实可靠所测为柜体温度，无法测得内部触点温度所测温度为内部各触点、连接点温度人工巡检形式，人为误差大，现场操作频繁全自动、每时每刻在线监控若需要监控多面开关柜，则需要多台设备或不同时间监控分布式监控、一套设备可实现64面开关柜的同时监控自动化程度低，无法接入DCS，ESC， SIS，MIS等系统自动化程度高，可接入DCS，ESC， SIS，MIS等系统系统性能指标测温范围-40-120测温精度0.5测温分辨率0.1响应时间50s报警触发条件温度超过75（可设定）温升速度超过8/Min超过区域平均温度传输光纤类型单模绝缘耐高温光纤感温传感器

14、接口FC/APC通讯接口以太网，RS232，GPRS短信报警内置可选模块地热电厂 地热电厂历来仅限于构造板块的边缘，但在增强型地热系统（EGS）的最新进展中它展示了可以开拓更大地域范围的能力。 EGS井在这些扩展领域上往往比传统的井更为复杂，因此需要更多的主动监测。行业专家们一致认为改善地下可视化对于成功和可靠的开发EGS是至关重要的。基于光纤的分布式温度传感（DTS）技术，使压裂作业和生产期间实时地可视化地下裂缝分布成为现实。 DTS技术已被证明在石油和天然气行业中对其地下监测极具价值。自20世纪90年代中期以来， DTS系统已被广泛使用。地热井的地下条件与SAGD井非常相似。 珏光科技的分

15、布式温度传感（DTS）系统可以满足各种地热应用的监测。以下是一些DTS数据可视化地下条件的途径： 通过测量分布式温度及某些点的压力，估算一个新井的生产潜力。 通过对多口井的测试运行压力积聚与压力监测, 确定不同井之间的连接。 在裂缝的激励和压裂过程中，监视压裂裂缝的发展。 在压裂过程或结束后， 监控化学注射。 监控化学药品清洗出钻井过程中产生的泥饼。 监视注水过程，DTS会追踪和重点显示哪个区域或裂层注入了液体。 监视生产井，以确定哪些区域和裂层产生了液体。 检测短路，从而规划备用方案及计划。 监视套管和油管泄漏，避免污染地下水和地下蓄水层。 另外可以附加DTS通道/传感光缆，还可监视表面管道

16、，以最小的额外成本获取更多的收获。 安装DTS在现场的另外一个好处是，它也可以被其他应用程序共享 如功率热点检测和过热条件下的电缆监测，并最大限度地监测电路的可用容量，同时最大限度地减少电缆损坏的风险。管线监测 珏光科技提供先进的分布式温度传感（DTS）解决方案，在确保管道流量的密封性和管理上存在很大的优势。它的快速测量少量泄漏和监测沿着整根管道温度变 化的能力，为短期或长期的管线监测提供了灵活可靠的解决方案。对于天然气管道、加压气体逸出，系统可准确测量由于焦耳-汤姆逊冷却效应造成的在气体逸出位 置附近的温度变化。可监测的加压气体如液化石油气（LPG），液化天然气（LNG），氨，乙烯等。 当管

17、线中承载着重油、多相物、熔化物、热水以及蒸汽时， 管道密封性的监测也非常重要，对于局部温度上升的监测，就可准确定位发生泄漏的位置。 目前市场上有很多种牢固的光缆可满足多种特定项目的安装要求。不锈钢管或钢丝铠装（SWA）的光缆可提供优良的机械、化学和防潮保护，同时确保良好的热传导。不同类型的光缆可以满足-196+700范围的温度监测。 公司丰富的产品线可满足多种项目的应用需求，适应各种工作温度范围。便捷多样的安装方式使产品具有最大的适用性，同时具备可靠的机械保护。珏光科技可以提 供多方面的支持，提供客户的DTS解决方案的设计和安装的技术服务。典型的光缆部署技术包括预制含光纤的电缆，或在以前安装的

18、专用导管旁拉光缆安装于靠近 管道表面。这样的布设可确保真实再现管道热分布，不受管道外部的影响。下图为一个典型LNG厂区储油罐和输气管道在线监测的系统架构图， 用于监测储油罐泄漏的光缆是安装于储油罐双层壁的中间，该光缆不仅可用来监测油罐的泄漏，也可以用来监测油罐的降温过程。用于监测储油罐散热情况的光缆安 装在混泥土板基上； 用于监测管道的光缆沿着管道布设。LNG、LPG储油罐及输油、气管道温度监测系统架构图事件发生与数据的关系珏光科技的光纤分布式温度传感（DTS）在水合物管线的产生管理中也有明显的优势，它可为最大程度节省化学注射液，监测加热控制和绝缘的密封性等提供一 种经济实惠、成熟可靠的解决方

19、案。此外，DTS系统非常适合于其他分布式温度维护，热分布管理，乙二醇注入和水合物控制。因此，DTS系统部署在加热管道 上，可提供： 1. 获取带有位置信息的温度数据，以便确定当地活动事件的确定温度， 而不需要先前性能特征 2. 供热系统的优化和控制数据 3. 最大限度地减少昂贵的清管和化学注射过程 4. 识别和跟踪不断发展的、潜在的不良温度事件 5. 监测管线的结构，加热和保温密封性的温度数据 6. 描述可能水合物的形成区域的温度异常的精确识别智能电网 分布式温度传感系统（DTS）在电力上， 主要用于以下几个方面： 电力线隧道 地下电缆 海底电缆 变电站设备 高架电线利用DTS技术监视电力传输

20、和分配，通过增加电路的容量降低成本，避免电缆线的损坏，保存最佳的电路负载延长电缆线寿命，可通过实时的分布式温度监视来实现： 电缆线上的小热点确定 负载优化 超热容量地最大化运行线路 终身的电缆保护，监视电缆的老化 检验数学模型 早期诊断连接点的坏损加剧 故障点的检验和定位 隧道电缆管线的的火灾报警DTS技术被认为是智能电网的关键技术，它可以让用户在热量限制范围内最大能力的利用载流监视电路的健康状况，同时利用实际的环境热条件优化电路的 载流量。 DTS系统可用来监视多条输电线，采集和记录温度的改变过程，通过结合实际的热数据和电缆的分级，操作者可以最大地利用负载能力，将电缆过热的风险降到最 低，

21、电缆过热会导致电缆寿命的减少，甚至造成电缆报废。油气井及油藏的监测 珏光科技翡翠系列作为分布式温度传感（DTS）系列产品，它广泛应用于不同分布式温度的测量，提供实时温度数据、可视化显示被测场景的温度分布。在石油、天然气及水库大坝等监控场合中， 它主要应用于以下几个方面:优化油井的产量和寿命 定位水和蒸汽的泄漏 提供优化的区域分布和流量的配置优化注入式油井 对于多区域充水的完井，建立注入参数故障诊断 定位管子和设备的泄漏 感知管子内流体的流速 确定不同区域之间是否存在交叉流动监视智能完井 在完井中，确保井下的流量控制，监视气举阀门的位置监控蒸汽流和SAG-D的效率 确认蒸汽腔体的扩大和位置 监控

22、油井中喷油的强度实时监控确认井下作业的效率 监控蒸汽注入的情况 监控水泥固化过程， 确认水泥的表面有无裂缝 优化气蒸汽和气举阀门的动作及注入点的运行情况 监测ESP（电子安全泵）的液位和操作温度 地层沉降监测改善油藏的激励和补救措施 在压裂处理中，实时观察压裂裂缝高度增长 监视多个阶段的酸处理过程实时热监测，结合历史数据分析提供作业者更好的井下条件的可视化，减少不确定性和加速业务决策。通过捕捉关键的热事件发生时间，DTS系统有助于消除用于 记录的风险和人工干预的成本。 DTS系统还可以与BHP/BHT的单点测量的光纤传感器集成，从而降低成本，减少对井筒中的多个系统和光缆的需求。利用光纤技术测量

23、井下温度 通过下入井筒内的一束光纤发出的光脉冲，可以了解井下温度的分布情况。 通过分布式温度传感技术，现在油井已经实现这种功能， 光纤技术正成为生产监测与诊断的前沿技术。温度是许多井下作业的一个重要因素， 因此，长期以来， 作业者一直采用热学测量法监测生产井动态。 事实上， 自20世纪30年代以来， 工程人员便利用井筒温度数据来推算流量贡献、评价注水剖面，分析压裂作业的有效性、确定套管外的水泥顶面以及识别层间窜流等。 多年来， 随着其他一系列先进测井仪器的问世， 这些更为新颖的测量方法使得这一最基本的测量方法黯然失色。 然而， 光纤技术的发展重新激发了人们对温度测量的兴趣。自第一次作为一种数据

24、指令的传感方法应用于油田作业以来， 光纤已逐步发展成为一种常用井下传感器。 上世纪80年代以来， 光纤领域的研究人员开发出一种沿光纤测量温度的方法，它不需要运动机件或井下电子设备， 分布式温度传感技术（DTS）仅依靠一束激光和一束连续的光纤便可以收集温度空间分布数据。与电缆测井作业中温度数据记录形式不同， 分布式光纤温度传感系统可十分灵敏地测量井筒温度， 作业者可在一定的时间间隔内获得井耐每米（3.3英尺）的温度数据。 DTS系统的这一均匀取样特性使其可以精确测量温度变化的时间与位置， 从而可使作业者更好地了解井内的变化情况。1. 地热梯度偏差 当DTS系统最初下入井时， 根据深度、温度变化规

25、律， 地学家利用DTS系统的温度测量结果来确定油井的地热梯度。尽管温度梯度可用于以下测井资料的校正， 但这并不是大多数地质学家所关注的焦点。 他们更关注偏离热梯度的情况，利用这些偏差，地学家可以推断油藏流体的一些特征。油井的温度剖面会随着流体的注入和采出而发生改变。受到流体注入或采出的时间、速度、地层渗透率以及流体和岩层的热特征的影响，各地层间温度变化的幅度各不相同。 DTS系统可监控温度随时间的变化情况， 以探测热平衡紊乱的发生。虽然注入或采出作业最初可将不同温度的流体引入至井筒内， 但流体的流动却导致了其他显著的热变化。 焦耳-汤姆孙可用于解释热变化的原因，这些变化与流体从油藏进入井筒时所

26、产生的压降直接相关。 此类温度变化会发生在流体流入井筒时，且通常会发生较大的压降； 该变化也会发生在流体向上流出井筒时，而此时的压力通常会缓慢地下降， 如下图所示。压力的下降会导致液体或气体的体积发生变化， 温度也会随之发生变化。由于这一现象的存在，通常当油或水进入井筒时，温度会升高，而当气体进入井筒时， 温度就会下降。 因此可利用先进的节点压力与有限元热模拟工具（如THERMA分析软件-适合于装有分布式温度传感系统的邮井），来模拟地热梯度和焦耳-汤姆孙效应。自喷气井实例可以通过分析DTS测量结果推断出以上信息（上图）。在25销售内采集的3次测量数据可用于比较多完井层段的温度变化情况。 比较结

27、果显示，一些层段（包括在月2680米处最多的层段）为出行温度变化， 因此说明这些层段是非生产层段。在南中国海马来西亚半岛的某海上油井中，分布式温度传感技术被用来诊断产量下降的原因。 当Talisman马来西亚有限公司发现Bunga Raya油田中某油井出现生产问题时， 便利用化学处理方法清除钻井液残留的乳装液和聚合物。经过处理后， 该油井（割缝衬管裸眼完井）的产量即刻从200桶/日增加到2200桶/日 （32立方米/日到350立方米/日）。然后在处理后的5小时内产量急剧下降， 并最终稳定在处理前的产量水平。 Talisman公司的工程师怀疑在关井的过程中，当拆卸处理设备时， 在井筒中产生了乳状

28、液和沥青质。 作业者需要掌握更多有关油井底层特征和井眼轨迹的信息，了解处理后产量下降的原因， 并确定乳状也和沥青质产生的位置和原因。 而如何清除这些乳状液和沥青质并防止再次出现是另一个需要关注的问题。Talisman公司委托斯伦贝谢实现一次洗井计划。 通过将连续油管（CT）下入井中， 作业者获得了ACTive DTS温度剖面, 此次测量中，作业者在ACTive工具前端获得单点温度数据并通过CT内下入光纤测的光纤分布温度的温度数据。利用最新获得的数据， 工程师选择了采集有代表性井底油气样本的最佳位置， 并因此确定了最佳处理层段。DTS数据显示整个层段的温度都有所下降，但井端部温度最低（上图）， 温度数据和ACTive压力传感数据都表明， 在这一产量下降的生产井中， 邻近的注水井压力不足是导致气顶膨胀的原因。气定膨胀导致气体从井端部溢出，这是井温度下降的原因， 而这又会进而限制液体产出。 产出的气体与油和水混合产生了粘性乳状也， 再最终影响了该井的产量。2. 未来的发展 随着DTS技术的不断发展，作业者可采用永久式或临时井下温度传感系统。作为永久式组件安装在完井系统中时，DTS监测系统可提供有价值的 实时温度数据，作业者可跟进这些数据对产量的改变迅速做出反应， 在修