1前言
分布式光纤测温系统是最先进的线型火灾探测系统，集光、电、计算机和信号检测技术于一体,可实现分布式实时测量、远距离测量、无盲区测量、实时监测、精确定位等多种温度测量，在交通隧道、地铁、电力、石化、水利等领域均有广泛应用。分布式温度测量概念的提出，提供了一种在给定方向上测量温度梯度或温度的连续空间分布的方法。传统的单点测量方法是一种准分布式测量方法。其只能通过增加测量点,提高测量空间精度。造成了施工复杂，布线成本高，维护难度大等问题。因此,实现全分布式温度测量已成为消防监控领域的一个热门话题。与传统传感器相比，光纤作为一种新型传感器材料具有独特优势。具有抗电磁干扰、耐高温、耐腐蚀、防雷能力强等特点，并且对温度变化敏感，价格便宜，容易获取。因此随测量精度的提高，光纤测温技术将会越来越广泛的应用于交通隧道，火电核电，建筑楼宇，地下矿井等场合的安全生产监控。
2 分布式感温光纤测温原理
分布式感温光纤监测系统是基于分布式光纤传感技术，利用光纤中拉曼散射光信号对温度的敏感特性，实现对温度变化的精确测量。感温光纤上的每一点都可以感知并传输温度信号。当光纤中有一束较强的脉冲激光信号传输时，光纤上的每一点都会对该激光信号发生微弱的散射，散射光的信号强度与该点处的温度有一定函数关系，可通过检测每一点散射光的强度，计算得到该点的温度，从而可得到整条光纤上的温度分布。当光脉冲沿着光纤传输时,产生多种类型的辐射散射，主要有瑞利(Rayleigh) 散射、布里渊(Brillouin)散射和拉曼(Raman)散射。其中，瑞利反射光与温度变化没有固定关系，不能通过反射光特性计算出温度分布；拉曼散射光对温度变化较为敏感；布里渊散射光对温度和应变都敏感。由于布里渊散射和瑞利散射特性相似，在频谱上特征相似度很高,较难通过滤波器分开，同时布里渊散射对应力和应变较为敏感，因此，应用拉曼散射实现温度传感是最常用的技术手段。
在拉曼散射光中，波长较短的称为反斯托克斯光,波长较长的称为斯托克斯光，反斯托克斯光与斯托克斯光在频谱图上对称分布。反斯托克斯光与斯托克斯光的光强比值与该点温度成函数关系，通过计算每一点的反斯托克斯光与斯托克斯光的光强比值即可得到每一点的相应温度值,实现电缆桥架中电缆温度的实时监测。
测温主机利用拉曼散射效应和光时域反射(OTDR)技术实现光纤沿线的连续分布式温度测量。测温主机包括激光光源、多通道复用/解复用模块、信号检测模块、信号处理模块和通信控制模块。激光光源发出的脉冲光信号进入测温光缆后,在向前传播的同时,受到光纤纤芯材料的散射，一部分散射光经由光纤原路返回到达多通道复用/解复用模块，多通道复用/解复用模块将散光信号按照波长(频率)的不同分成两路分别进入光电探测器。通过对光电探测器输出信号的调理、模拟-数字转换和数字信号处理,实时获取罐壁温度，如果检测温度值高于报警值，测温主机发出报警信号。
3系统的设计与实现
3.1测温系统结构
系统主要分为下位机温度数据采集端、上位机主控中心站端( 查询终端) 以及控制阀等组成。温度数据采集端负责光纤温度数据的采集和与主控中心站的通讯，将温度原始数据，以及处理过后的二次数据通过TCP /IP 协议或者Modbus 协议上传至主控中心站软件。上位机主控中心站监控端通过交换机监控多台DTS 机，定时扫描各个设备各个通道的数据，将数据存储在数据服务器中，分析并处理数据，实现报警控制洒水阀门的工作。数据查询终端通过WCF /WEB 服务数据接口将采集到的数据进行图形化展示、监测、曲线展示、报表查询打印等。
3.2软件架构设计
上位机系统软件设计的平台为: 基于NET4. 0的框架平台，数据库选用SQL Server2008，操作系统为Windows 7，软件设计UML 建模工具选用Visio。系统上位机软件开发借鉴了组态软件设计思想，采用分层 ( UI、业务逻辑、数据采集层) 设计。
UI层主要提供与用户的交互功能。为用户提供设备、测点、业务逻辑等的定义交互界面; 将IO设备采集的数据通过表格、图形等方面显示给用户查看; 并且可为用户提供直接访问、操作现场设备的交互接口。
业务逻辑层是系统的业务处理核心，分析、处理数据采集层提交的数据，执行系统定义的一系列业务逻辑。在本系统中，这一层用于实现各种预警模型的实现、以及监控业务逻辑。
数据采集层是通过通信模块与现场设备交互，获取各传感器的值，并提供给业务逻辑层处理。数据采集层封装各种DTS 主机设备协议，为各类设备提供一个统一的数据出口，使系统达到了兼容各类设备的目的。
上位机软件是运行在中心控制室工控计算机上的上位机软件(支持Windows2000 以上操作系统),利用TCP/ IP 协议通过网络与分布式光纤测温主机进行数据通信，获得测温主机采集到的所有监测分区的温度数据。操作人员也可以在软件界面上方便地对系统分区和监测分区的报警温度进行设置。上位机软件可显示感温光纤每个点的温度分布，对于温度超过设定值可及时报警提示，并准确定位温度报警点位置，提醒运行人员及时采取必要措施，避免火灾发生。火灾报警控制器，采集报警信号，将有关信号送至相关的控制设备进行区域报警判定及声光报警。
4应用与验证
以某实际油库罐区为例介绍,该油库设有两座10000m3浮顶罐、两座20000 m3浮顶罐和两座30000 m3浮顶罐。对所需测量的油罐外表面顶部一周安装探测光缆得到油罐的温度，系统可设置定温报警、温升速率报警及温度尖峰报警等多种报警方式，报警可靠性高。系统可以得到探测光缆沿线电缆桥架及储罐各点的温度信息，并对监测对象进行分区，可根据需要对不同分区设置不同的报警值。
该分布式光纤感温火灾探测系统的UI层界面设计有查询终端、主控端; 查询终端负责从服务器读取数据进行展示，可以进行实时数据显示、报表统计、曲线查询等; 主控端负责采集存储数据，形成查询终端需要的数据。业务逻辑层包含系统信息核模块、系统信息管理模块、业务逻辑处理模块、数据存储管理模块和算法管理模块。算法管理模块管理诸如火灾报警通道、区域、关键点采用何种算法实现预警功能等。数据采集由5 个子模块组成。数据采集模块，协调其他各子模块，完成数据采集层从设备采集数据的主任务。链路管理模块，管理链路的动态扩展，并管理各种类型的通信链路。通信管理模块，将通信方式和设备链路分成2 个模块，以方便通信方式的扩展( RS485、Ethernet等) ，以及方便链路与通信方式的组合。设备管理模块，定义设备模块的接入规范，管理设备模块的动态扩展。协议管理模块，定义协议模块的接入规范，管理设备通信协议的动态扩展。试验验证结果表明，分布式感温光纤火灾报警系统在油罐上的应用具较高的有可行性和有效性。
5结论
光纤的优良特性使其在光分析领域和传感系统中越来越受到重视。分布式光纤传感技术已经成为光纤检测技术的一个重要发展方向。分布式光纤测温系统在火灾报警方面的广泛应用，可提高火灾防灾的可靠性和安全性。
参考文献
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