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分布式光纖傳感在淺井測溫中的應用技術 

對物聯網技術在地源熱泵系統數據可視化的應用進行了研究，對硬件設備運行數據進行采集及分析，通過網絡技術將數據上傳云端，借助大數據處理軟件平臺實現數據可視化監測系統。系統分為兩部分：一部分主要采用底層安裝的溫度傳感器、電表、熱量表、流量表等進行數據采集；另一部分采用優化的軟件系統對地溫、熱量、能耗等歷史數據進行統計并進行圖表化顯示。其中數據通過總線形式傳輸給PLC，再由PLC上傳至網絡云端。該系統實現了從終端設備數據采集，到物聯網傳輸、數據中心與服務平臺、前端應用等完整的物聯網解決方案，實現了對地溫空調運行的可視化監測。

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、溫度及當地的水文地質、氣候條件而定。在埋深較小的高溫地熱區,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,而導致梯度測量數值的假象,過淺的地溫測量應該校正因氣溫帶來的數據偏差等。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,以增加測量數據的準確性。

我們所熟悉的傳統測溫傳感器存在著一定的缺陷，比如，傳統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展，通過光纖進行傳輸，可連續測溫，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，可在室外環境使用數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，通過分析光束返回的時間，結合高速信號采集與數據處理技術，可準確、快速地獲得整根傳感光纖的溫度分布信息。

系統包含的子系統：
1、傳感器與傳輸系統

該系統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。光纖良好的耐環境性能也為長期的安全監控提供了可靠的保障。

2、數據采集系統

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

3、監測數據管理軟件系統

該系統的目的是根據各監測項目的特點，使各種不同類型的數據通過恰當的組織被有效地儲存起來。在保證必要信息儲存的前提下，盡量減少數據冗余度。該管理系統能方便地從數據系統中獲取數據，同時數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測。

本設計依據國家關于火災自動報警系統施工及驗收規范及工業自動化測控系統的設計技術規范，采用目前在工業界廣為使用并被證明是成功的分布式光纖測溫系統，以其結構先進、布線成本低、抗干擾能力強、運行安全可靠、擴充靈活方便的優越性能，在投資費用合理的前提下，實現管道泄漏時溫度差監測功能。實時監測井下溫度，對溫度的異變及時進行預報，及時發現隱患，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。