《光纤光栅多点温度在线监测系统》用户操作手册.doc

用户操作手册1.前言 11.1编写目的11.2项目背景11.3参考资料22.系统原理3 2.1系统特点2 2.2系统软件功能2 2.3系统技术参数23.系统原理3 3.1光栅光纤温度传感器原理3 3.2光纤温度传感器设计34.实施方案44.1总体监测方案4 4.2系统结构4 4.3系统安装步骤4 4.3.1光栅光纤解调系统的安放 4 4.3.2传输光缆的铺设5 4.3.3开关柜内传感器的安装及光纤走线5 4.3.4焊点的熔接5 4.3.5主光缆与支线光缆的熔接5 4.3.6主光缆与主光缆的熔接5 4.3.7主光缆与跳线的熔接55.保修及维护6.售后技术支持1.前言1.1编写目的本操作手册详细的描述了光纤光栅多点温度在线监测系统的原理、系统组成及安装、操作过程中应注意的事项，提供给使用本系统工作的人员作为参考，帮助使用者熟悉本系统安装及使用。本手册的阅读对象为系统的安装人员调试人员及使用人员。1.2项目背景随着我国电力系统向高效环保可持续发展的目标发展，对电力设备安全在线监测提出了更高的要求，现有的电力设备运行温度监测手段采用的是电子类传感器；热电阻热电偶各种半导体传感器等类型。光信号传感器主要有拉曼散射原理和光纤光栅原理传感器两种，电力工业中的设备大都处在强电磁场中，一般电学传感器无法使用。很多情况下需要测量的地方处在高压环境中，如高压开关柜的在线监测，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测量，这些地方的测量需要的传感器应具有良好的绝缘性能体积要小而且是无源器件，光纤光栅传感器是进行这些测量的最佳选择。1.3参考文献：1汪建科等.分布式光纤温度传感器的研究现状与发展趋势j.光机电信息，2005（7）：26-31.2朱建军，王贇中，崔绍平，等.红外技术诊断高压电气设备内部缺陷j.高电压技术，2004，30（7）：34236.3hill k o,fujii y.photosenditivity in optical fiber waveguides:application to reflection filter fabrica-tionj.appl phys lett,1978,32:647.4张志鹏,gamblin w a.光纤传感器原理m.北京：中国计量出版社，1991.5张爱华，李岩，张书练，等.光纤光栅温度在线监测系统用户手册v1.0z.2006.6山东微感光电子有限公司.光纤光栅温度在线监测系统用户手册v1.0z.2006.7郭文元，雷颖，高良玉.高压电气设备中导电连接处温度的状态监测j.高电压技术，1996，22（3）：332-335.8陈金福，杨宝祥.光纤测温技术在韶关发电厂电缆防火中的应用j.高电压技术，2004，30（12）:652-666.2系统原理2.1光栅光纤温度传感器测温原理本系统的温度采集基于光纤光栅温度传感器。光纤光栅（fbg）是一种反射式光纤滤波器件，通常采用紫外线干涉条纹照射一段10mm长的裸光纤，在纤芯产生折射率周期调制，在布拉格波长上，在光波导内传播的前向导模会耦合到后向反射模式，形成布拉格反射。对于特定的空间折射率调制周期（）和纤芯折射率（n），布拉格波长为：b2n（1）由式(1)可以看出：n与的改变均会引起反射光波长的改变。因此，通过一定的封装设计，使能外界温度、应力和压力的变化导致n与发生改变，即可使fbg达到对其敏感的目的。图2.1 光纤光栅原理示意图fbg中心波长与温度变化的关系为bb（1）t（2）式中，b是温度变化引起的反射光中心波长的改变；t为温度的变化量；为光纤的热光系数。在1550nm波段，fbg对温度的敏感系数分别为：10pm/oc图2.2 光纤光栅温度传感器温度测试数据2.1系统特点l 安全性高：整个系统的信号处理和控制单元处于远离工作区域的控制室，温度信息通过光信号传输，不受电磁干扰，防潮湿，绝缘性能强，本质安全；l 精确度高：采用光纤光栅温度传感器，精度0.5，分辨率0.1；l 定位准确：通过独有的软件技术，能够快速定位测点的区域或者具体物理位置；l 实时监测：系统能够满足实时在线、全天候测试的需要；l 快速响应：系统响应时间不超过60秒，确保事故能够得到及时处理；l 简单直观：系统的显示屏上可以直接看到各测点的温度情况，在设定温度告警门限后，系统自动提供声光报警；l 布设方便：可以根据工程需要，灵活调整探头的布设位置；l 兼容性好：通过各种通讯接口（串口、网口等），可以实现与外部系统的良好结合，提高系统之间的数据交换速度。3.系统软件介绍3.2系统软件所具有的功能l 显示功能：立体流程画面的显示功能；具有多种类型图表、系统图、曲线图，用户界面更加直观； l 分析功能：历史趋势显示，对未来趋势进行评估，提供检修参考信息；l 报警功能：根据实际情况设定不同地点的定温及差温预警值、火警值、报警级别及地理位置名称；系统可设置声音报警功能；l 打印功能：可以进行各种报表的打印；l 上传功能：实时温度数据网络上传，轻松实现无人值守；l 自检功能：系统中某一个传感器出现故障，能够通过软件甄别出故障传感器；l 表格定制：用户可定制各种表格：实时数据表、历史数据及统计报表、设备参数表、报警一览表、常用数据表、目录表、备忘录等；l 查询功能：可以在系统图上直接查询设备信息、运行参数、统计信息等。3.3系统软件安装 3.3.1系统安装环境1）软件运行的硬件配置：l pentium 1.7及以上pc处理器l 256mb及以上主存储器l 10gb以上硬盘空间l 32mb及以上显示卡2）软件运行环境：l windows 2000/xp/2003 linux 等一系列主流操作系统l microsoft sql server 数据库平台3.3.2安装过程1）、到安装程序，其路径为e：矿山安全监测系统安装程序setup.exe （见图1），双击执行安装。图 12）、点击图2中的按钮继续安装。图23）、图3中点击按钮修改软件安装地址，默认为c:program filesmssensor，若要继续安装点击图标按钮，进入下一步（图3）。若要退出安装，点击按钮.图34）、图4点击按钮继续安装（图4）。图45）、点击图5中的按钮完成安装。图53.4光纤多点温度在线监测系统的运行1、单击选择 打开软件光纤多点温度在线监测系统，如图1所示。图12、在系统主界面点击开始扫描按钮（如图2），或在主界面左侧功能树找到“信号检测”点击“控制模式”至控制模式界面，点击 按钮（如图3）运行系统。系统程序运行时开始扫描、按钮均变为灰色。图2系统主界面 图3控制模式界面当出现多个现场安装位置始，点击界面中的变电站名称进行切换。3.5光纤多点温度在线监测系统功能介绍“光纤多点温度在线监测系统”主要分为五个模块：现场显示、数据查询、查看报表、系统设置、信号检测。3.5.1现场显示主要分为图示、列表两部分。1）. 图示主要是实时显示各个监测点的位置及温度（以图形颜色表示），点击工具栏“功能导航” 按键，可以显示整个界面，再次点击“功能导航”返回，如图1、2显示。图示说明：每个长方体分别表示一个开关柜，其下方为开关柜的名称，开关柜的每个温度测点如图3所示。测点的温度显示（如图4所示）：白色为传感器安装点，绿色为正常、橙色为超过橙色报警线（一级报警）、红色为超过红色报警线（二级报警）。图1现场平面图图2 现场平面图图3图4 图示标示2）. 列表显示主要是以列表的形式实时显示各测点的位置及温度值（如图5），若当前温度有超过报警线的该行背景变为报警颜色。图5 实时数据表3.5.2数据查询主要是用于测点的历史温度数据分类查询，分为传感器查询和报警查询。图4.6传感器查询1） 传感器查询对各个测点温度进行查询首先选择要查询的时间段及测点位置，再点击按钮即可看到该传感器在所选时间段的温度列表及其在该一时间段的温度曲线（曲线右侧显示该传感器所在位置及曲线时间段）如图12） 报警查询对某一时间段报警的测点温度查询首先选择要查询的时间段，再点击按钮即可看到这一时间段报警的测点及其温度（温度以橙色或红色显示，分别表示超过橙色或红色报警线）。列表后两列分别是当时报警的橙色及红色报警线。如图2图1图2 报警查询3.5.3查看报表主要用于历史数据的报表生成，分为日报表、月报表、年报表。每一报表里均有列表显示、图示显示。列表显示的内容为所选时间段内各测点温度，图示显示的内容为所选时间段测点的温度曲线。（如图1、2、3、4所示）1）要查看列表首先在 “列表”栏中选择要查询的日期再点击按钮2）要查看温度曲线首先在 “曲线”栏中选择要查询的日期和位置，再点击按钮图1日报表列表显示图2 日报表曲线显示图3 月报表图4年报表3.5.4系统设置系统设置主要分为报警设置、数据库参数设置和信号解调设置1）报警设置（如图1）用于设置温度报警线，有橙色（一级）、红色（二级）两个报警线，红色报警温度要高于橙色报警温度。2）数据库参数设置主要是对数据库连接及数据库各测点位置及参数设置（如图2），由于数据库不能任意修改，该设置中数据库连接、添加、删除、修改按钮为灰色，禁止用户操作，只能查看所有或各通道传感器参数。图1 报警设置图2 参数设置3）信号解调设置主要是对系统信号数据解调设置，通道设置，串口连接设置（如图3）（设置暂不开放）图3 信号解调设置3.5.5信号检测信号检测主要是控制模式，该模式是连续显示各通道传感器信号及该通道传感器所在中心波长（如图1所示）。在扫描通道中的下拉列表框中选择要扫描的起始通道，然后点击开始扫描进行通道检测。图1 通道信号检测3.6 光纤多点温度在线监测系统停止运行在系统主界面点击停止扫描按钮（如图1），或在主界面左侧功能树找到“信号检测”点击“控制模式”至控制模式界面，点击 按钮（如图2）停止运行。图1图2 通道信号检测3.7光纤多点温度在线监测系统的卸载1、单击选择找到点击（如图1所示），出现图6.2。图12、点击图2中的按钮继续卸载，显示图6.3。若退出卸载点击按钮。图23、图3卸载中。图34、点击图4中的按钮完成卸载。图44光纤温度传感器设计用耐高压绝缘材料封装的ms-gxt 01型光纤光栅温度传感器如图1所示。耐高电压型光纤温度传感器已通过中国电力科学研究院耐110kv高压认证（可函索）。图15.系统技术参数项目参数值单位备注测温范围-20 130温度分辨率0.1测温精度0.5温度响应时间 60s单通道扫描时间 3s画面数据刷新12 60s可选通道数 1-32-根据监测点数量确定单通道传感器容量12支 可扩展传输距离10km可达更远测量距离系统软件基于windows操作系统-温度数据同步采集报警声光报警-超温报警系统工作温度0 45电源输入220v10%ac6在线监测监测仪简介6.1监测仪概述ms-gxwd600x光纤多点温度在线监测仪是我公司开发的用于解调光纤光栅的仪器，可解调分析c波段（1526-1566）光谱，具有高精度、高灵敏度、扫描速度快等特点，已广泛用于电力、煤矿、石油、化工等工业企业的安全监测系统中。可通过软件自行定义传感器类型，用于测量温度、压力、应变等参数；仪器通道数可根据用户需求定制，扩展性强；与上位机通讯有usb、rs232和并口三种方式，并口通讯速度快，运行稳定性好，长期运行推荐使用并口通讯方式；通过dio卡控制输出，具有声音报警功能，低电平有效。 6.2监测仪特点l 光纤传输温度信号；l 传感网络分析仪对温度信息进行采集；l 光纤感知温度和位置信息，系统本质安全，绝缘性能强；l 温度信息通过光信号传输，不受电磁干扰；l 感温迅速，灵敏度高；l 传感器耐高温高压，不受潮湿环境影响；l 光信号在光纤中的损耗很小，从而能够实现10km以上的测量距离。l 实时在线监测，远程控制，24小时无人值守。l 通过软件对温度信息解调；l 通过软件对数据记录、保存历史温度，可记录5-10年的历史数据。l 通过软件，可以进行数据查询：温度点查询、报警纪录查询、按区间查询、历史数据查询；l 通过软件，可以根据实际情况设定不同地点的定温及差温预警值、火警值、报警级别、起始位置、终止位置及地理位置名称；当所测点温度发生过热故障时，屏幕能准确有效地显示发生故障的部位，因此能有效指导检修工作。6.3 仪器原理宽带大功率泵浦激光源（输出1525nm-1565nm的宽带光）输出的宽带光通过光开关（由高低电平控制光路的切换）的一路，经过光缆传输到高灵敏光纤温度传感器（该传感器和被测物体接触，反映了物体的温度），传感器将温度的变化转化为光波波长的变化，再经光缆传输到光电解调模块（对经传感器反射回来的光进行解调），将光波波长的变化转变为相应的电信号的大小，该电信号再经采集卡（实现计算机与接调模块的通讯）后变成相应的数字信号，通过pci总线完成和pc机的数据通讯，再由pc机进行数据信息处理，最后得到被测量的物体的温度。运行pc机系统的软件实现控制光路通道的选通；各通道信息的传感器转换；各通道信息的光-电转换；调制信息的解调；数据的采集；数据的处理等功能。4.实施方案以xgn2-12型10kv开关柜（数量10个）的实施方案为例：4.1总体监测方案1) 在每个开关柜的内部安装12个光纤光栅温度传感器，采集温度信息；2) 在主控制室内安装1套高精度光纤光栅信号解调系统，对10个开关柜共120个测温点的温度、温升信息进行分析，预警报告。4.2系统结构光纤光栅信号解调系统光缆终端盒传输光缆每个开关柜内布置12个光纤光栅温度传感器光缆终端盒web发布局内监控主机变电站控制室图4.1 10kv 高压开关柜温度在线监测系统示意图4.3系统安装步骤4.3.1光栅光纤解调系统的安放光纤光栅信号解调系统安装在变电站的控制室内，光纤光栅信号解调系统引出一根光缆到10通道扩展模块。图4.2 光纤光栅信号解调系统照片4.3.2传输光缆的铺设16芯电力用传输光缆敷设在地下电缆沟内，通过两个光缆终端盒将光学扩展模块与高压开关柜内的光学分路器连接。示意图如下：光学扩展模块16芯电力用传输光缆光纤分路器高压开关柜高压开关柜共n个地下电缆沟光缆终端盒图4.3 信号传输光缆布线示意图4.3.3开关柜内传感器的安装及光纤走线（示意）将分路器盒用扎带（8*350）固定到开光柜内，然后根据通道分配表将传感器探头放到指定位置。如果母线室是封闭的则需要打一个直径为12mm的孔， 。如果一个通道里的两个分线盒是分别放在两个柜子里面的，则两个柜子之间也需要打一个孔，传感器的尾纤沿着孔里穿过。在每个开关柜内安装12个光纤光栅温度传感器，安装位置信息如下表：表4.1. 开关柜内光纤温度传感器安装位置列表位置测温点数量内容主开关室开关下触点3检测触点温度母线室母线搭接点3检测母线搭接点温度开关上触点3检测触点温度电缆室电缆接头3检测电缆接头温度4.3.3.1 温度传感器的安装（示意） 确定温度测点具体位置； 对测点位置进行打磨处理，使测点位置平整、清洁，满足传感器安装要求； 用航空专用胶将传感器固定在待测点上（胶按1：1的比例获取）； 用防高压绝缘胶带（红黄绿）缠几圈固定牢固，等一小时待胶凝固后将胶带撕掉。耐高温胶传感器尾纤待测温点光纤光栅温度传感器固定示意图：正视图（左）、侧视图（右）图4.4 光纤光栅