国产DTS分布式光纤测温系统哪家好

发表时间:2019-05-13 09:42:31

作 者:福州英诺科技

来源:分布式光纤测温系统

  

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DTS拉曼分布式光纤测温方法


随着5G技术的快速发展,通信机房快速新建及扩容,机房内设备的数量与功率骤增,传统电子测温方式存在测温点数有限、敷设传输电缆复杂、不利于维护管理等缺点,针对此类通信机房及设备温度监测难题,提出基于拉曼散射与时域反射相结合的 分布式光纤测温方法,有效提高系统测温空间分辨与降低系统敷设难度,可为机房效能分析与动态仿真平台提供高质量温度数据,并通过实验应用,验证了系统可行性,为后续通信机房高能效建设规划提供参考数据来源。





国产DTS分布式光纤测温系统哪家好


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分布式光纤测温主机在通信机房的应用

  

下一代5G无线网络不断推进实施,其信息传输速率、传输延迟、传输可靠性等方面均进行了大幅提升。而通信机房作为信息收集、存储、处理和发送的基础设施也已开始扩容。机房内服务器、存储设备、交换设备、拨测仪、列头柜等设备数量不断增加,导致机房内热管理难度日益提高。如何快速提高通信机房内部各关键部位温度实时监测,并通过系统调节实现通信机房内部热平衡、热稳定,有效避免局部温度过高或者局部温度过低等难题成为亟待解决的问题。以往针对通信设备关键部位实施点式温度采集的方式,温度监测空间分辨率低,温度监测数据来源局限存在一定分析盲点且敷设传感器信号采集线缆较为复杂,不利于施工与后期维护。福建英诺科技利用光在光纤中传输发生拉曼散射效应与光在光纤中传输发生 OTDR( 光时域反射 ) 的原理,采用一根光纤通过合理路由在通信机房通信设备、供电设备、电缆传输管道、母线槽等关键设施内部进行敷设实现全机房的分布式温度监测,配合机房能效分析及动态仿真平台可实现机房内部温度分布的 3D 显示,进一步提高机房内部温度监测数据的智能化和可视化水平。



  

分布式光纤测温原理


分布式光纤测温主要基于光的拉曼散射与光的OTDR原理。OTDR 过程为激光器产生一个脉冲调制的入射光,并注入光纤中。光在光纤传输过程中 :一部分光能量沿着光纤传输媒介不断向前方传播 ;一部分被散射至光纤外层中或者传输媒介系统吸收形成传输损耗 ;还有一部分能量经过散射后被反向传输回光入射端口。通过在入射端口监测发射光强可以推测光纤各位置的散射光功率,从而通过散射光功率与温度的相关性,解调出光纤各个位置的温度,实现分布式温度测量当入射脉冲光入射至光纤中开始计时,光从某一位置发生散射后,再返回至光输入端口,在光纤入射端口接收到的光信号成分中包括 :由于光纤折射率的波动而形成的瑞利散射光,其特点为与入射光的波长相同,且光信号强度较大 ;拉曼散射光,其中含反斯托克斯成分与斯托克斯成分 ;布里渊散射,在散射谱中瑞利散射光强度最强,易于探测。但其仅与光纤折射率相关,随温度变化十分不明显,不利于温度监测。拉曼散射与布里渊散射强度较弱,但与温度相关性较大,对温度变化较为敏感,常用于作为温度监测的特征信号。如果仅用斯托克斯散射光强度或者仅用反斯托克斯散射光强度进行温度解调,通常会受入射光强度波动、光纤弯曲等因素影响。为抵消相关影响通常采用将反斯托克斯散射光作为参考,使用斯托克斯和反斯托克斯散射光强的比实现温度解调,解调公式如下 :1/T = 1/T 0-[k/(hΔv)]{ln[Na(T)Ns(T 0)]/[Na(T 0)Ns(T)]} 式中,T 为监测点温度,T 0 为光入射点温度,Δv为声子振动频率,Δv=1.32×1013 Hz,k 为玻尔兹曼常数,h 为 Planck 常量,Ns(T 0) 为光纤起始点斯托克斯散射光强、Na (T 0) 为光纤起始点反斯托克斯散射光强、Ns(T) 为监测点斯托克斯散射光强与 Na (T) 监测点反斯托克斯散射光强,通过两个成分对比进行光纤测温解调。由于该方法实现难度和成本较低、技术相对成熟,已经广泛应用于分布式光纤测温。该方法可以有效抑制入射光的功率波动、光纤传输环境及光纤铺设所受应力等影响。

  


DTS分布式光纤测温主机系统的优点


光纤传感器作为一种新型的光纤温度监测传感手段,由于其无需电信号进行测量,所以具有抗电磁干扰、有毒有害与高温等恶劣环境适应性强等诸多优点。分布式光纤测温与传统电信号传感器测温方式对比如下。

  

(1)温度探测方式 : 分布式光纤温度传感器可以实时获取整根光纤所敷设的各个位置的温度值,监测温度空间分辨率较高 ;而传统电子温度传感器仅可以完成有限点位局限范围内温度测量。

  

(2)传感器使用安全性 :分布式光纤传感器传输敏感信号为光信号,无需电信号传输。具有较强的电磁兼容性,不会影响机房内主设备工作,自身也不会受主设备影响,安全可靠 ;而传统电子温度传感器传输信号为电信号,对系统电磁兼容性具有一定影响且可靠性也具有一定隐患。

  

(3) 安装便捷性 :分布式光纤温度传感器只需将一根光纤按照需要监测位置进行合理路由沿线敷设即可 ;而传统电子温度传感器需针对每一个监测位置埋设一个传感器,且一个传感器一根电缆,系统信号传输电缆复杂。

  

(4) 维护保养 :分布式光纤温度传感系统光纤一旦敷设完毕,不易破坏,即使局部破坏可通过设备自检精确定位故障点,进行再次熔接即可 ;而传统温度传感器发生故障需全线路排查,工作量较大,排故难度大。

  

分布式光纤测温系统主机设计


分布式光纤测温在通信机房热效能分析中的应用,主要包括有分布式光纤温度传感器调制解调主机与测温光纤两部分组成。其中分布式光纤温度传感器调制解调主机主要完成脉冲光信号的生成与测温光纤反射回光信号的处理与分析。测温光纤为系统的传感器部分,主要通过合理路由敷设到机房各个关键设备温度敏感部位,测温光纤感受周围温度形成不同强度的散射信号,并将光信号反射回发射端,供调制解调主机进行信号分析。

  

分布式光纤测温主机传感器调制解调由处理器、激光器、双通道定向耦合器、波分复用器、光电转换电路、高速信号采集电路以及通信接口等组成。处理器驱动激光器产生脉冲光信号,脉冲光信号通过双通道定向耦合器入射至测温光纤进行温度监测,经过光纤反射后的光信号通过双通定向耦合器输入至波分复用器,波分复用器进行波长选择,滤除其余波长光,分别从两个通道输出拉曼斯托克斯与拉曼反斯托克斯波长的光信号,两路反射光信号通过光电转换电路转换为电信号,再通过高速信号采集电路变换为数字信号,输入至处理器进行分析处理,最终解调出测温光纤各空间分布点的温度数据,通过通信接口将温度数据上传至中央处理器供效能分析与动态仿真平台进行展示。

  

设计中选择使用 Y 型双通道定向耦合器,能够使光顺利通过其入射至测温光纤。同时使反射光信号顺利通过其入射至波长复用器,而不进入激光器输入端,光可以从 1 端口入 2 端口出,或者从 2 端口入 3 端口出 ;1-2 端口通道与 2-3 端口通道光传输衰减较小,而 1-3 端口通道与 2-1 端口通道的隔离度较大。反射回来的复合光通过隔离器进入光波分复用器,进行滤光处理,最终输出拉曼斯托克斯与拉曼反斯托克斯波长的光信号。


光波分复用器原理

  

光首先通过微透镜进行调整,使光变为平行光,输入至分光片,分光片按照固定比例将光分为两路分别输入至各自反射片,反射片将照射到其上的光反射至光滤波组件,斯托克斯滤波组件只允许拉曼反斯托克斯波长的光信号输出,而反斯托克斯滤波组件只允许拉曼斯托克斯波长的光信号输出,从而实现从复合光中分别选出两个特定波长的光的目的。

  

测温光纤选用大芯径以及较大数值孔径的光纤作为测温光纤,可以有效提高传感光纤的温度分辨率,但同时由于光纤的大芯径以及较大数值孔径通常会带来较大传输损耗,且光纤制作时很难保证光纤中掺杂一致性。故综合考虑选择使用普通通信多模光纤作为传感光纤,可以有效降低成本且增大了测温光纤的可互换性,便于后期维护更换。

  


分布式光纤测温系统对通信IDC网络机房监测温度解决方案



分布式光纤温度监测试验机房内布置设备有边缘网关、直流电源、交换机、路由器、模拟量采集器 RTU 等。

  

  需要采集机房环境、机房空调设备、主设备机架等关键敏感部位温度数据,用于机房效能分析与动态仿真平台进行机房温度现场的呈现与能效分析模型构建以及动态仿真。通过对机房现场的实际地勘察调研,以真实测量数据为依据,根据机房建筑结构、空间设备布局等进行机房 3D 建模。分布式光纤测温系统的工程实施主要包括主机的安装以及测温光纤的敷设。

  

  (1) 主机安装 :综合考虑通信机房的结构以及设备取电的便捷性,分布式光纤测温主机采用壁挂方式进行安装。

  

  (2) 测温光纤的敷设 :测温光纤采用普通多模光纤且外层每隔 0.5 m 进行标识,方便光纤测温定位。测温光纤敷设需覆盖机房内部所有设备机柜以及走线槽 ( 架 ),实现最精准测温与最精确的定位。

  

  光纤可以通过设备机柜前柜门或者后柜门逐个敷设,部分关键敏感部位可以将光纤绕圈粘贴于其表面进行测温。测温光纤安装对拉升与弯曲半径要求较为严格,应尽量避免拉升与小半径弯曲。

  

  分布式光纤测温系统在某通信机房进行实验验证,并将采集数据实时上传至该通信机房效能分析与动态仿真平台,进行机房内部分布拟合展示的效果。

  

  分布式光纤测温系统可以为效能分析与动态仿真平台提供高空间分辨率,高实时性温度数据。

  

光纤测温系统利用光纤温度传感器可以分布式连续测温、测温空间分辨率较高、敷设方便、抗电磁干扰、使用维护方便等特点,提出采用分布式光纤测温的方式实现通信机房温度检测,为通信机房效能分析与动态仿真平台提供高质量的数据。但该方法在通信机房温度监测领域仍属于一种尝试,可为后续通信机房建设与规划设计提供一种参考测温方式。希望通过后续探索应用、积累以及系统的不断完善,最终为通信机房温度监测提供可靠保障。


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