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分布式光纖傳感在淺井測溫中的應用技術 

對物聯(lián)網技術在地源熱泵系統(tǒng)數(shù)據可視化的應用進行了研究，對硬件設備運行數(shù)據進行采集及分析，通過網絡技術將數(shù)據上傳云端，借助大數(shù)據處理軟件平臺實現(xiàn)數(shù)據可視化監(jiān)測系統(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、流量表等進行數(shù)據采集；另一部分采用優(yōu)化的軟件系統(tǒng)對地溫、熱量、能耗等歷史數(shù)據進行統(tǒng)計并進行圖表化顯示。其中數(shù)據通過總線形式傳輸給PLC，再由PLC上傳至網絡云端。該系統(tǒng)實現(xiàn)了從終端設備數(shù)據采集，到物聯(lián)網傳輸、數(shù)據中心與服務平臺、前端應用等完整的物聯(lián)網解決方案，實現(xiàn)了對地溫空調運行的可視化監(jiān)測。

常用地溫測量方法以實測法為主。

(一)鉆孔測溫

用電阻溫度計測量鉆孔內井液溫度代替所測深度地層的溫度。地熱鉆井中常用這種方法。在鉆井停機48～72h后，鉆井液溫度與井壁巖層溫度趨于平衡，所測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溫探頭，連接電纜置于所測深度。這種方法測試可以認為不受地下水流體影響。

(二)淺井測溫

指<200m深的淺井中的測溫或梯度測量。在井孔中用電阻溫度計測量水體的溫度或井液溫度。井液的溫度更能準確代表井壁巖層的溫度，井水的溫度在沒有地下水徑流、越流等對流作用時，可代表井壁的溫度。淺井測量時可以同時測不同深度的水溫，用以計算地溫梯度。方法是用單一電阻溫度計或多個溫度計同時測量不同深度水溫。

(三)淺層土壤測量

用在土壤中埋設熱敏電阻溫度計的方法測量1～50m深的土壤溫度。用此方法還可以測量熱流體上升通道而判別斷裂和裂隙的位置，識別活動構造。當淺孔測溫<20m深時要剔除地表氣溫的影響。

根據測溫鉆孔的深度一般把地溫測量方法分為以下3類:①米測溫法(深1～3m);②淺孔測溫法(深10～30m);③深孔測溫法(深度＞30m)。前兩種統(tǒng)稱淺層測溫法,它具有較好的經濟性(特別是米測溫法),而且對地熱異常區(qū)一般有良好的異常顯示,故淺層測溫法是勘探地熱田的主要地溫測量方法。

地溫測量的深度應根據儲熱構造的埋深、溫度及當?shù)氐乃�文地質、氣候條件而定。在埋深較小的高溫地熱區(qū),由于地表地熱異常明顯,可采用淺層測溫法。在地熱普查階段可使用成本低的米溫測量,測量1～2m的表層地溫。深孔測溫法孔深一般在50～200m之間,鉆孔間距取決于地熱異常的范圍。其優(yōu)點在于不受氣候變化的影響,但鉆井費用較高。一般為地熱勘查的詳查階段要使用。

測溫勘探過程中,應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、地下水活動和人工熱源對溫度測量的干擾。諸如地下水活動可能帶走傳導熱流,而導致梯度測量數(shù)值的假象,過淺的地溫測量應該校正因氣溫帶來的數(shù)據偏差等。所以,測溫勘探最好選擇構造特征相近地段、氣溫變化不大時間段進行測量,以增加測量數(shù)據的準確性。

我們所熟悉的傳統(tǒng)測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，測量范圍小、并網困難，而且點式傳感器在測量大范圍、長距離時，維護成本較高；而分布式光纖測溫技術在近二三十年得到了快速發(fā)展，通過光纖進行傳輸，可連續(xù)測溫，光纖既是傳感器，同時也是傳輸介質；本質是無源設備，測量距離長，安全可靠不怕電磁場干擾。在電力、交通隧道、地鐵、石化、大壩等領域均有廣泛應用，走線布置非常靈活、美觀；安裝布放簡單、施工方便；光纖材質耐腐蝕性強，可在室外環(huán)境使用數(shù)30年，經久耐用，超高性價比。

 分布式光纖傳感測溫技術的原理是利用光時域反射（OTDR）技術和拉曼（Raman）散射效應測量沿光纖分布的溫度變化。激光器射出一束光，通過光學模塊調制后進入感溫光纖，通過檢測光纖中反射光的信息可得出沿光纖各處分布的溫度信號。同時，由于光速為一常數(shù)，通過分析光束返回的時間，結合高速信號采集與數(shù)據處理技術，可準確、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)應用先進的分布式光傳感技術，通過光纖傳感器，將被測溫度量轉變成光信號。由于從傳感器輸出的信號為光信號，所以可以直接通過光纜進行遠距離傳輸。光纖良好的耐環(huán)境性能也為長期的安全監(jiān)控提供了可靠的保障。

2、數(shù)據采集系統(tǒng)

該系統(tǒng)的功能：光纖傳感器所產生的光信號經光纜的遠程傳輸，然后通過放置在監(jiān)控室的光纖監(jiān)測解調儀直接進行數(shù)字量識別并轉換為物理量，記錄的數(shù)據可以在計算機終端顯示、記錄、保存或直接進入監(jiān)測數(shù)據庫。

3、監(jiān)測數(shù)據管理軟件系統(tǒng)

該系統(tǒng)的目的是根據各監(jiān)測項目的特點，使各種不同類型的數(shù)據通過恰當?shù)慕M織被有效地儲存起來。在保證必要信息儲存的前提下，盡量減少數(shù)據冗余度。該管理系統(tǒng)能方便地從數(shù)據系統(tǒng)中獲取數(shù)據，同時數(shù)據可以被不同用戶方便地調用。

采用線式感溫光纖對地熱井進行在線溫度監(jiān)測。

本設計依據國家關于火災自動報警系統(tǒng)施工及驗收規(guī)范及工業(yè)自動化測控系統(tǒng)的設計技術規(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溫系統(tǒng)，以其結構先進、布線成本低、抗干擾能力強、運行安全可靠、擴充靈活方便的優(yōu)越性能，在投資費用合理的前提下，實現(xiàn)管道泄漏時溫度差監(jiān)測功能。實時監(jiān)測井下溫度，對溫度的異變及時進行預報，及時發(fā)現(xiàn)隱患，及時進行防范。

根據地熱井分布情況，設計光纜安裝（參考方案），見下表：

設計說明：

本項目需要地熱井1口，深度均是2500m。

鋪設如下圖。