一种用于土壤源热泵的分布式测温装置论文和设计-李志华

全文摘要

本实用新型涉及一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，包括分布式光纤测温单元，分布式光纤测温单元包括激光光源、波光复用器、光电转换器和计算机处理器，激光光源配置有光纤，光纤通过地埋井管道敷设在土壤中，激光光源用于在光纤中注入激光脉冲，光纤连接波光复用器，波光复用器用于将光纤返回的后向喇曼散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光；波光复用器连接光电转换器，光电转换器用于将波光复用器分离的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为电信号，光电转换器连接计算机处理器，计算机处理器用于对光电转换器转换的电信号进行分析得到光纤长度上的连续温度。计量稳定性高、测试均匀、布线简单、不受外界因素干扰，适合应用于土壤源热泵中。

主设计要求

1.一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，其特征在于，所述测温装置包括分布式光纤测温单元(1)，所述分布式光纤测温单元(1)包括激光光源(2)、波光复用器(3)、光电转换器(4)和计算机处理器(5)，所述激光光源(2)配置有光纤(6)，所述光纤(6)通过地埋井管道(7)敷设在土壤中，激光光源(2)用于在所述光纤(6)中注入激光脉冲，所述光纤(6)连接所述波光复用器(3)，波光复用器(3)用于将所述光纤(6)返回的后向喇曼散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光；所述波光复用器(3)连接所述光电转换器(4)，光电转换器(4)用于将波光复用器(3)分离的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为电信号，所述光电转换器(4)连接所述计算机处理器(5)，计算机处理器(5)用于对所述光电转换器(4)转换的电信号进行分析得到所述光纤(6)长度上的连续温度。

设计方案

2.根据权利要求1所述的一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，其特征在于，所述光纤(6)包括纤芯(8)，所述纤芯(8)外围包裹有玻璃包层(9)，所述玻璃包层(9)外围包裹有螺纹管(10)，所述螺纹管(10)包裹有凯夫拉(11)，所述凯夫拉(11)外围包裹有编织网(12)，所述编织网(12)外围包裹有护套(13)。

3.根据权利要求2所述的一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，其特征在于，所述螺纹管(10)和编织网(12)分别采用不锈钢材质，所述护套(13)采用聚氯乙烯材质。

4.根据权利要求1所述的一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，其特征在于，所述波光复用器(3)采用18通道1270-1610nm CWDM粗波分复用器。

5.根据权利要求1所述的一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，其特征在于，所述光电转换器(4)采用卓越TSC MC210FT-15单模光电转换器。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，涉及土壤测温技术领域。

背景技术

土壤源热泵是利用地下常温土壤温度相对稳定的特性，通过深埋于建筑物周围的管路系统与建筑物内部完成热交换的装置。冬季从土壤中取热，向建筑物供暖；夏季向土壤排热，为建筑物制冷。它以土壤作为热源、冷源，通过高效热泵机组向建筑物供热或供冷。

土壤源热泵系统一般采用少量温度传感器监测土壤温度变化，作为调整热泵机组和辅助热平衡装置运行时间策略依据。但是传统温度传感器易老化，数据精度差，不容易施工，而且一支传感器只可测量一个点的温度，其获得的信息量太少，很难掌握整个土壤内部温度场的变化。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，温度计量稳定性高、测试均匀、布线简单、不受外界因素干扰等特点，适合应用于土壤源热泵中。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，所述测温装置包括分布式光纤测温单元，所述分布式光纤测温单元包括激光光源、波光复用器、光电转换器和计算机处理器，所述激光光源配置有光纤，所述光纤通过地埋井管道敷设在土壤中，激光光源用于在所述光纤中注入激光脉冲，所述光纤连接所述波光复用器，波光复用器用于将所述光纤返回的后向喇曼散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光；所述波光复用器连接所述光电转换器，光电转换器用于将波光复用器分离的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为电信号，所述光电转换器连接所述计算机处理器，计算机处理器用于对所述光电转换器转换的电信号进行分析得到所述光纤长度上的连续温度。

作为用于土壤源热泵的分布式测温装置的优选方案，所述光纤包括纤芯，所述纤芯外围包裹有玻璃包层，所述玻璃包层外围包裹有螺纹管，所述螺纹管包裹有凯夫拉，所述凯夫拉外围包裹有编织网，所述编织网外围包裹有护套。

作为用于土壤源热泵的分布式测温装置的优选方案，所述螺纹管和编织网分别采用不锈钢材质，所述护套采用聚氯乙烯材质。不受电磁干扰和雷击损坏，本质安全，防爆，因此更加安全、可靠，使用寿命可达到25年以上。

作为用于土壤源热泵的分布式测温装置的优选方案，所述波光复用器采用18通道1270-1610nm CWDM粗波分复用器。覆盖1270nm-1610nm的所有通道，通道间隔为20nm。在不更换任何设备的情况下，速率可高达180Gbps，实现10G的经济化网络，可降低玻璃光纤的光损耗，增强光信号并延长传输距离。

作为用于土壤源热泵的分布式测温装置的优选方案，所述光电转换器采用卓越TSC MC210FT-15单模光电转换器。支持1\/2个10\/100M电口，1个百兆光口。1个10\/100\/1000M电口，1个1000M光口等多种规格。支持全\/半双工自动协商功能，高强度金属外壳结构能够屏蔽电磁干扰并且抗振动耐冲击，工业化设计的端子电源输入，采用标准工业导轨安装方式。光纤端口提供单模光纤和多模光纤的选择，双绞线端口支持速率，双工自动协商功能，工业化无风扇设计，IP40防护等级，标准导轨安装方式。

本实用新型的有益效果是：测温装置包括分布式光纤测温单元，分布式光纤测温单元包括激光光源、波光复用器、光电转换器和计算机处理器，激光光源配置有光纤，光纤通过地埋井管道敷设在土壤中，激光光源用于在光纤中注入激光脉冲，光纤连接波光复用器，波光复用器用于将光纤返回的后向喇曼散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光；波光复用器连接光电转换器，光电转换器用于将波光复用器分离的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为电信号，光电转换器连接计算机处理器，计算机处理器用于对光电转换器转换的电信号进行分析得到光纤长度上的连续温度。利用光波在光纤中传输的特性，可沿光纤长度方向连续的传感被测量，探测出沿着光纤不同位置的温度变化。光纤既是传感介质也是传输介质。具有温度计量稳定性高、测试均匀、布线简单、不受外界因素干扰等特点，适合应用于土壤源热泵中。

附图说明

图1为本实用新型实施例中提供的用于土壤源热泵的分布式测温装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的光纤结构示意图；

其中，1、分布式光纤测温单元；2、激光光源；3、波光复用器；4、光电转换器；5、计算机处理器；6、光纤；7、地埋井管道；8、纤芯；9、玻璃包层；10、螺纹管；11、凯夫拉；12、编织网；13、护套。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。

本技术方案不涉及对方法的改进，计算机处理器的处理分析属于现有技术，另外采用的电子硬件可以选购现有市场具有相同用途的成熟的产品。

具体的，如图1和图2所示，提供一种用于土壤源热泵的分布式测温装置，所述测温装置包括分布式光纤测温单元1，所述分布式光纤测温单元1包括激光光源2、波光复用器3、光电转换器4和计算机处理器5，所述激光光源2配置有光纤6，所述光纤6通过地埋井管道7敷设在土壤中，激光光源2用于在所述光纤6中注入激光脉冲，所述光纤6连接所述波光复用器3，波光复用器3用于将所述光纤6返回的后向喇曼散射光分离为斯托克斯光和反斯托克斯光；所述波光复用器3连接所述光电转换器4，光电转换器4用于将波光复用器3分离的斯托克斯光和反斯托克斯光转换为电信号，所述光电转换器4连接所述计算机处理器5，计算机处理器5用于对所述光电转换器4转换的电信号进行分析得到所述光纤6长度上的连续温度。

用于土壤源热泵的分布式测温装置的一个实施例中，所述光纤6包括纤芯8，所述纤芯8外围包裹有玻璃包层9，所述玻璃包层9外围包裹有螺纹管10，所述螺纹管10包裹有凯夫拉11，所述凯夫拉11外围包裹有编织网12，所述编织网12外围包裹有护套13。所述螺纹管10和编织网12分别采用不锈钢材质，所述护套13采用聚氯乙烯材质。不受电磁干扰和雷击损坏，本质安全，防爆，因此更加安全、可靠，使用寿命可达到25年以上。

用于土壤源热泵的分布式测温装置的一个实施例中，所述波光复用器3采用18通道 1270-1610nm CWDM粗波分复用器。覆盖1270nm-1610nm的所有通道，通道间隔为20nm。在不更换任何设备的情况下，速率可高达180Gbps，实现10G的经济化网络，可降低玻璃光纤的光损耗，增强光信号并延长传输距离。

用于土壤源热泵的分布式测温装置的一个实施例中，所述光电转换器4采用卓越TSC MC210FT-15单模光电转换器。支持1\/2个10\/100M电口，1个百兆光口。1个10\/100\/1000M电口，1个1000M光口等多种规格。支持全\/半双工自动协商功能，高强度金属外壳结构能够屏蔽电磁干扰并且抗振动耐冲击，工业化设计的端子电源输入，采用标准工业导轨安装方式。光纤端口提供单模光纤和多模光纤的选择，双绞线端口支持速率，双工自动协商功能，工业化无风扇设计，IP40防护等级，标准导轨安装方式。

本实施例技术方案的原理是，当在光纤6中注入一定能量和宽度的激光脉冲时，激光脉冲与光纤6分子相互作用，它在光纤6中向前传输的同时不断产生后向喇曼散射光，散射有多种，其中喇曼散射的由于光纤6分子的热振动，它会产生一个比光源波长长的斯托克斯光(Stokes)和一个比光源波长短的反斯托克斯光(Anti-Stokes)，反斯托克斯光信号的强度与温度有关，斯托克斯光信号与温度无关。从光纤6内任意一点的反斯托克斯光信号和斯托克斯光信号强度的比例中，可以得到该点的温度。因此，沿光纤6返回的后向喇曼散射光通过光波分复用器分离为反托克斯光和斯托克斯光，经过光电转换、放大、高速 A\/D转换处理后，可解算出光纤6各点的温度值，同时，根据光纤6中光的传输速度和后向光回波的时间可对光纤6感温点逐一精确定位，从而实现沿光纤6温度场的分布式测温。

分布式光纤测温单元1的参数配置如下：

设计图

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主设计要求

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