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分布式光纖傳感在淺井測(cè)溫中的應(yīng)用技術(shù) 

對(duì)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(duì)硬件設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集及分析，通過(guò)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(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化監(jiān)測(cè)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(duì)地溫、熱量、能耗等歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并進(jìn)行圖表化顯示。其中數(shù)據(jù)通過(guò)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(shí)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(tái)、前端應(yīng)用等完整的物聯(lián)網(wǎng)解決方案，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地溫空調(diào)運(yùn)行的可視化監(jiān)測(cè)。

常用地溫測(cè)量方法以實(shí)測(cè)法為主。

(一)鉆孔測(cè)溫

用電阻溫度計(jì)測(cè)量鉆孔內(nèi)井液溫度代替所測(cè)深度地層的溫度。地?zé)徙@井中常用這種方法。在鉆井停機(jī)48～72h后，鉆井液溫度與井壁巖層溫度趨于平衡，所測(cè)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(cè)溫探頭，連接電纜置于所測(cè)深度。這種方法測(cè)試可以認(rèn)為不受地下水流體影響。

(二)淺井測(cè)溫

指<200m深的淺井中的測(cè)溫或梯度測(cè)量。在井孔中用電阻溫度計(jì)測(cè)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(méi)有地下水徑流、越流等對(duì)流作用時(shí)，可代表井壁的溫度。淺井測(cè)量時(shí)可以同時(shí)測(cè)不同深度的水溫，用以計(jì)算地溫梯度。方法是用單一電阻溫度計(jì)或多個(gè)溫度計(jì)同時(shí)測(cè)量不同深度水溫。

(三)淺層土壤測(cè)量

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

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

地溫測(cè)量的深度應(yīng)根據(jù)儲(chǔ)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(cè)溫法。在地?zé)崞詹殡A段可使用成本低的米溫測(cè)量,測(cè)量1～2m的表層地溫。深孔測(cè)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(diǎn)在于不受氣候變化的影響,但鉆井費(fèi)用較高。一般為地?zé)峥辈榈脑敳殡A段要使用。

測(cè)溫勘探過(guò)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(dòng)和人工熱源對(duì)溫度測(cè)量的干擾。諸如地下水活動(dòng)可能帶走傳導(dǎo)熱流,而導(dǎo)致梯度測(cè)量數(shù)值的假象,過(guò)淺的地溫測(cè)量應(yīng)該校正因氣溫帶來(lái)的數(shù)據(jù)偏差等。所以,測(cè)溫勘探最好選擇構(gòu)造特征相近地段、氣溫變化不大時(shí)間段進(jìn)行測(cè)量,以增加測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

我們所熟悉的傳統(tǒng)測(cè)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(cè)量范圍小、并網(wǎng)困難，而且點(diǎn)式傳感器在測(cè)量大范圍、長(zhǎng)距離時(shí)，維護(hù)成本較高；而分布式光纖測(cè)溫技術(shù)在近二三十年得到了快速發(fā)展，通過(guò)光纖進(jìn)行傳輸，可連續(xù)測(cè)溫，光纖既是傳感器，同時(shí)也是傳輸介質(zhì)；本質(zhì)是無(wú)源設(shè)備，測(cè)量距離長(zhǎng)，安全可靠不怕電磁場(chǎng)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(jiǎn)單、施工方便；光纖材質(zhì)耐腐蝕性強(qiáng)，可在室外環(huán)境使用數(shù)30年，經(jīng)久耐用，超高性價(jià)比。

 分布式光纖傳感測(cè)溫技術(shù)的原理是利用光時(shí)域反射（OTDR）技術(shù)和拉曼（Raman）散射效應(yīng)測(cè)量沿光纖分布的溫度變化。激光器射出一束光，通過(guò)光學(xué)模塊調(diào)制后進(jìn)入感溫光纖，通過(guò)檢測(cè)光纖中反射光的信息可得出沿光纖各處分布的溫度信號(hào)。同時(shí)，由于光速為一常數(shù)，通過(guò)分析光束返回的時(shí)間，結(jié)合高速信號(hào)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(guò)光纖傳感器，將被測(cè)溫度量轉(zhuǎn)變成光信號(hào)。由于從傳感器輸出的信號(hào)為光信號(hào)，所以可以直接通過(guò)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(zhǎng)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(hào)經(jīng)光纜的遠(yuǎn)程傳輸，然后通過(guò)放置在監(jiān)控室的光纖監(jiān)測(cè)解調(diào)儀直接進(jìn)行數(shù)字量識(shí)別并轉(zhuǎn)換為物理量，記錄的數(shù)據(jù)可以在計(jì)算機(jī)終端顯示、記錄、保存或直接進(jìn)入監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。

3、監(jiān)測(cè)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(cè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，使各種不同類型的數(shù)據(jù)通過(guò)恰當(dāng)?shù)慕M織被有效地儲(chǔ)存起來(lái)。在保證必要信息儲(chǔ)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(shí)數(shù)據(jù)可以被不同用戶方便地調(diào)用。

采用線式感溫光纖對(duì)地?zé)峋�進(jìn)行在線溫度監(jiān)測(cè)。

本設(shè)計(jì)依據(jù)國(guó)家關(guān)于火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范及工業(yè)自動(dòng)化測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(cè)溫系統(tǒng)，以其結(jié)構(gòu)先進(jìn)、布線成本低、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行安全可靠、擴(kuò)充靈活方便的優(yōu)越性能，在投資費(fèi)用合理的前提下，實(shí)現(xiàn)管道泄漏時(shí)溫度差監(jiān)測(cè)功能。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)井下溫度，對(duì)溫度的異變及時(shí)進(jìn)行預(yù)報(bào)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，及時(shí)進(jìn)行防范。

根據(jù)地?zé)峋�分布情況，設(shè)計(jì)光纜安裝（參考方案），見(jiàn)下表：

設(shè)計(jì)說(shuō)明：

本項(xiàng)目需要地?zé)峋?口，深度均是2500m。

鋪設(shè)如下圖。