Sensores de temperatura de fibra óptica INNO ,sistemas de monitoreo de temperatura.
La tecnología de detección distribuida de fibra óptica incluye múltiples tipos, cada uno con sus ventajas únicas y adecuado para diferentes escenarios de aplicación. La siguiente es una breve introducción y ventajas de tres sistemas distribuidos de fibra óptica.: EDE (temperatura), DVS (vibración), y ESO (acústico):
Ventajas del tipo
EDE (Sistema distribuido de medición de temperatura de fibra óptica): Tiempo real, medición distribuida continua, excelente estabilidad, aislamiento electromagnético, seguridad intrínseca.
DVS (Sistema de perturbación de fibra distribuida): Posicionamiento multipunto de posiciones de vibración con una precisión de aproximadamente 5 metros, adecuado para aplicaciones de seguridad y prevención de intrusiones.
EL (Sistema de vibración acústica de fibra óptica distribuida): Con alta precisión de posicionamiento, Puede detectar simultáneamente múltiples eventos de vibración y es adecuado para campos como la comunicación segura y la seguridad del enrutamiento físico de la red..
1、 tipos de fibras ópticas distribuidas
1.1 Classification of refractive index distribution based on fiber profile
Step index optical fiber: The refractive index of its core and cladding changes step by step. In this type of optical fiber, light undergoes total reflection at the interface between the core and cladding, and propagates along the core. Por ejemplo, in some short distance, high cost fiber optic sensing applications, step index fibers may be used because their manufacturing process is relatively simple and the cost is low.
Gradient optical fiber: The refractive index of the fiber core is gradually decreasing from the center to the edge. This type of fiber can reduce the mode to mode dispersion in multimode fibers, making the transmission of optical signals in the fiber more stable. In some early multi-mode fiber optic communication systems, Las fibras ópticas de gradiente desempeñaron un papel importante en la mejora del ancho de banda de transmisión y el aumento de la distancia de transmisión., como en la construcción inicial de algunas redes de campus.
1.2 Clasificación por el número de modos de transmisión de fibra óptica.
Fibra multimodo: una fibra que puede transmitir de cientos a miles de modos. El diámetro del núcleo de las fibras ópticas multimodo es relativamente grande., generalmente van desde 50 μm en 62.5 m m. Debido a su capacidad para transmitir múltiples modos, La luz de diferentes modos viaja a diferentes velocidades en fibras ópticas., lo que resulta en diferencias de retardo entre modos que limitan el ancho de banda y la distancia de transmisión. Sin embargo, Las fibras ópticas multimodo tienen una alta eficiencia de acoplamiento y se utilizan ampliamente en transmisiones de corta distancia., como cableado de red de área local dentro de edificios. Por ejemplo, en algunos edificios de oficinas, la conexión entre computadoras puede utilizar fibra óptica multimodo porque puede satisfacer las necesidades de transmisión de datos en distancias cortas y el equipo de conexión es relativamente simple.
Fibra monomodo: Una fibra que solo puede transmitir un modo. (modo fundamental), sin ninguna diferencia de retardo entre modos, y tiene un ancho de banda mucho mayor que la fibra multimodo. El diámetro de su campo modal es de sólo unos pocos micrómetros., adecuado para alta capacidad, comunicación de larga distancia. La fibra óptica monomodo es la opción preferida para escenarios que requieren transmisión de larga distancia y gran ancho de banda., como líneas troncales de comunicación de larga distancia y cables submarinos. Por ejemplo, Los cables de comunicación submarinos que atraviesan océanos pueden garantizar una transmisión de datos estable y de alta velocidad a lo largo de miles de kilómetros utilizando fibras ópticas monomodo..
1.3 Classification according to international standards (classification according to ITU-T recommendations)
GRAMO. 651 fibra (50/125 μ m multimode gradient refractive index fiber): This type of fiber is a multimode gradient fiber with a core diameter of 50 μ m and a cladding diameter of 125 m m. In the early construction of fiber optic communication networks, G.651 fiber optic cables were commonly used for short distance, medium low speed data transmission, such as wiring for some enterprise internal networks or small office area networks.
GRAMO. 652 fibra (non dispersive shifted fiber): This is a single-mode fiber with zero dispersion characteristics near the wavelength of 1310nm, and is currently one of the most widely used fibers. It is widely used in the construction of various communication networks such as local networks, metropolitan area networks, y redes troncales de larga distancia, y puede satisfacer las necesidades de transmisión de diferentes velocidades y distancias.
GRAMO. 653 fibra (fibra de dispersión desplazada DSF): A través de un diseño especial, el punto de dispersión cero se mueve de 1310 nm a alrededor de 1550 nm de longitud de onda. A una longitud de onda de 1550 nm, Tiene las características de baja pérdida y cero dispersión., haciéndolo adecuado para alta velocidad, sistemas de transmisión de un solo canal de larga distancia. Sin embargo, debido a las limitaciones de los efectos no lineales como la mezcla de cuatro ondas, su rango de aplicación es relativamente estrecho.
GRAMO. 654 fibra (fibra desplazada con longitud de onda de corte): Su característica es una longitud de onda de corte larga., con un coeficiente de atenuación extremadamente bajo a una longitud de onda de 1550 nm. Este tipo de cable de fibra óptica se utiliza principalmente en largas distancias., Sistemas de comunicación por cable submarino sin retransmisiones o escenarios de comunicación especiales con requisitos de atenuación extremadamente altos..
GRAMO. 655 fibra (fibra desplazada de dispersión distinta de cero): Tiene una cierta dispersión cerca de la longitud de onda de 1550 nm., que puede suprimir efectos no lineales como la mezcla de cuatro ondas y utilizar la ventana de baja pérdida de la banda de 1550 nm para transmisión de larga distancia. Ampliamente utilizado en alta capacidad., Redes de comunicación de fibra óptica de larga distancia, como multiplexación por división de longitud de onda. (WDM) sistemas.
1.4 Clasificación según normas IEC
Fibra multimodo clase A
Fibra multimodo A1a (50/125 fibra multimodo µm): Similar a la fibra G.651 de ITU-T, Es una fibra multimodo de uso común que se usa ampliamente en distancias cortas., escenarios de transmisión de datos de velocidad baja a media, como el cableado interior en algunas redes del campus.
Fibra multimodo A1b (62.5/125 fibra multimodo µm): También es una fibra multimodo., que fue ampliamente utilizado en los primeros cableados de red. Sin embargo, con el desarrollo de la tecnología, gradualmente ha sido parcialmente reemplazada por 50/125 fibra multimodo µm.
Fibra multimodo A1d (100/140 fibra multimodo µm): Este tipo de fibra multimodo es relativamente gruesa y puede usarse en algunos escenarios especiales de transmisión de corta distancia con bajos requisitos de acoplamiento..
Fibra monomodo clase B
B1.1 corresponde a la fibra óptica G652: heredando las características de la fibra óptica G.652, Es ampliamente utilizado en redes de comunicación y puede cumplir con los requisitos de transmisión de varias velocidades y distancias..
B1.2 corresponde a la fibra G654: similar en características a la fibra G.654, adecuado para larga distancia, escenarios de comunicación de baja atenuación.
La fibra B2 corresponde a la fibra G.653: it has the characteristics of G.653 fiber and is suitable for specific single channel high-speed, long-distance transmission systems.
B4 fiber corresponds to G.655 fiber: It has the characteristics of G.655 fiber and is widely used in high-capacity, long-distance communication networks such as wavelength division multiplexing systems.
Classified by material of optical fiber
Fibra de cuarzo: generally refers to a fiber composed of a doped quartz core and a doped quartz cladding. Quartz optical fiber has the advantages of low loss, high strength, and good chemical stability, and is currently the most widely used type of optical fiber in the field of communication. Quartz fiber dominates applications such as long-distance communication, local networks, and fiber optic sensing.
All plastic optical fiber: The core and cladding of all plastic optical fiber are both made of plastic materials. This type of fiber optic cable has good flexibility and low cost, but relatively high loss and short transmission distance. Mainly used in some short distance communication scenarios that do not require high transmission distance and are sensitive to cost, such as communication lines inside automobiles and short distance control signal transmission in industrial automation.
1.5 Classification by working wavelength
UV fiber: a fiber with a working wavelength in the ultraviolet band. UV fiber has applications in some special scientific research, equipo medico (such as UV phototherapy equipment), photolithography technology, y otros campos. Due to the high energy of ultraviolet light, ultraviolet optical fibers require special materials and manufacturing processes to ensure their transmission performance and stability towards ultraviolet light.
Observable fiber (possibly due to an error in the description of visible light fiber): If referring to visible light fiber, its operating wavelength is in the visible light band. This type of fiber optic cable can be used in some special lighting systems, sensores de fibra óptica (such as visible light intensity sensors), and art exhibitions.
Near infrared fiber: a fiber with a working wavelength in the near-infrared band. The near-infrared band is of great significance in fiber optic communication. Many fiber optic communication systems operate in the near-infrared band (such as 1310nm and 1550nm) because the fiber loss is low in this band and long-distance transmission can be achieved.
Infrared fiber optic: Fiber optic that operates in the infrared band. Infrared fiber has applications in some fields such as infrared spectroscopy analysis and infrared thermal imaging. Por ejemplo, infrared night vision equipment in military and infrared temperature detection equipment in industry may use infrared optical fibers to transmit infrared signals.
2、 Advantages of DTS Temperature
2.1 Measurement Range and Spatial Positioning
Large scale spatial measurement: EDE (Fibra Óptica Distribuida Temperature Sensing System) can achieve distributed real-time measurement of temperature in a large range of space, with long measurement distance and no measurement blind spots. Por ejemplo, in temperature monitoring of large infrastructure such as tunnels and subways, toda el área puede ser monitoreada a través de líneas de fibra óptica, sin necesidad de instalar un sensor en cada punto de monitoreo como los sensores puntuales tradicionales, reduciendo en gran medida la cantidad de sensores y los costos de instalación.
Posicionamiento espacial preciso: capaz de lograr simultáneamente funciones de medición de temperatura y posicionamiento espacial. Utiliza reflectometría óptica en el dominio del tiempo. (OTDR) tecnología para determinar con precisión la ubicación de anomalías de temperatura. en el sistema de energía, si un cable experimenta sobrecalentamiento local, DTS puede localizar con precisión la ubicación del punto de sobrecalentamiento al nivel del medidor o incluso más alto, Lo cual es crucial para la detección oportuna de posibles fallas y garantizar el funcionamiento seguro del sistema de energía..
2.2 Estabilidad y durabilidad
La estabilidad de la propia fibra.: When the sensing fiber strength of the DTS temperature measurement system is sufficient, it is not easily damaged. Compared with traditional point sensors, it has better stability. Por ejemplo, in some harsh industrial environments such as petrochemical plants, minas de carbón, etc., traditional point temperature sensors may be easily damaged due to corrosion, vibración, collision, etc., while DTS fiber optic sensors can work stably in these environments for a long time.
Long term reliability: Due to the chemical stability and physical properties of optical fibers, DTS systems have high long-term reliability. In projects that require long-term stable monitoring such as dam temperature monitoring, DTS system can accurately measure temperature changes for many years, providing reliable data support for dam safety assessment.
2.3 Functional Diversity and Adaptability
Adapt to various environments: By using different fiber optic outer protective layers, it can adapt to various extreme temperature measurement environments. DTS can effectively monitor temperature in environments such as high-temperature oil wells, low-temperature polar facilities, and high humidity underground pipe galleries.
Multi functional alarm settings: Different temperature sensing point alarms can be set, and different alarm temperatures can be set according to user needs. The alarm system can also arrange different area divisions based on the actual situation of the surrounding environment. In terms of fire warning, different areas can set different alarm thresholds according to the degree of fire risk, como establecer diferentes temperaturas de alarma en el área de almacenamiento de inflamables y el área de paso del almacén para mejorar la precisión y efectividad de la advertencia.
<4>2.4 Integración con otros sistemas.
: El sistema DTS se puede combinar con algoritmos avanzados de evaluación de alarmas inteligentes contra incendios para lograr un monitoreo en línea en tiempo real de toda la fibra de detección., y puede conectarse perfectamente con otros sistemas de protección contra incendios (como equipos estándar como alarmas contra incendios y relés). En el sistema de protección contra incendios del edificio., DTS puede servir como un importante subsistema de monitoreo de temperatura, Trabajar en conjunto con sistemas de alarma contra incendios., sistemas de extinción de incendios, etc., para mejorar la eficiencia de todo el sistema de protección contra incendios.
3、 Ventajas de la vibración DVS
3.1 Aspecto del rendimiento de la medición
Adquisición rica de información sobre vibraciones.: DVS (Sistema distribuido de monitoreo de vibraciones de fibra óptica) can provide rich vibration information, including the position, magnitud, frecuencia, direction, etc.. of vibration. This is because it uses a single optical fiber to simultaneously monitor vibration and transmit signals, and can distribute fiber Bragg grating sensors around the structure that needs to be monitored to achieve multi-point, distributed monitoring. Por ejemplo, in the health monitoring of bridges, the DVS system can obtain real-time vibration information of various parts of the bridge. By analyzing this information, the structural health status of the bridge can be determined, such as whether there are structural damage, fatigue, and other problems.
High precision positioning capability: It has the advantage of precise positioning. Its positioning accuracy can reach a certain level (such as a positioning accuracy of up to 5 meters in some systems), and it can accurately determine the location where vibration occurs. In the monitoring of long-distance natural gas pipelines, if abnormal conditions such as drilling and oil theft, geological disasters, etc.. occur along the pipeline, causing vibration, the DVS system can accurately determine the location of the abnormal point, making it convenient for staff to take timely measures for repair and prevention.
In terms of safety and reliability
3.2 Características de seguridad intrínsecas
Fiber optic sensing technology uses light waves as carriers and optical fibers as media. En comparación con los sensores eléctricos tradicionales, DVS has intrinsic safety characteristics. In some flammable and explosive environments (such as around production facilities in the petroleum and petrochemical industry), using DVS for vibration monitoring will not generate safety hazards such as electric sparks, ensuring the safe operation of production facilities.
Fuerte capacidad antiinterferencia: The DVS system has strong anti-interference ability against electromagnetic interference. In the vicinity of power facilities or industrial environments with strong electromagnetic interference, traditional vibration sensors may be affected by electromagnetic interference and affect measurement results, while DVS systems can work stably and accurately monitor vibration information.
3.3 Installation and application aspects
Easy and convenient installation: Monitoring can be achieved by laying the detection optical cable in the same trench or parallel along the pipeline, and the installation process is relatively simple. In the monitoring and investigation of communication resources, simply lay the optical fiber along the communication line and use the DVS system to monitor the vibration of the communication line, without the need for complex installation equipment and processes.
Suitable for various fields of application: It can be widely used in important places to prevent intrusion, important engineering to prevent damage, important resources to prevent theft, early warning of dangerous events, monitoring and troubleshooting of communication resources, y otros campos. In dam safety monitoring, the DVS system can monitor the vibration of the dam under water flow impact, earthquakes, y otras situaciones, and timely detect potential safety hazards; DVS can be used to prevent security threats such as illegal intrusion around important military facilities.
4、 The advantages of DAS sound waves
4.1 Measurement Characteristics
Broadband Dense Sampling: EL (Detección acústica distribuida) can densely sample seismic wavefield over a wide frequency band. Por ejemplo, in geophysical exploration, DAS can obtain rich seismic wave information for the detection of underground structures. By analyzing this information, the geological structure and stratigraphic distribution of the underground can be more accurately inferred.
Can detect multiple sound wave signals: can detect real-time sound wave signals around the fiber optic cable at any position (up to 40kHz). In the monitoring of the acoustic vibration process of oil and shale gas fracturing, the acoustic signals generated during the fracturing process can be monitored in real time, thereby improving the effectiveness of fracturing and the response of the formation; In coal mines, one can hear sounds such as falling rocks, hitting walls, people walking, and speaking loudly, providing important sound information for emergency rescue.
4.2 Environmental adaptability and anti-interference aspects
Resistant to harsh environments such as high temperature and high pressure: In some special industrial environments or underground detection scenarios, such as oil wells, the underground is extremely quiet under normal conditions, but the environment is harsh. DAS systems can work normally under harsh conditions such as high temperature and high pressure, and monitor real-time acoustic vibrations at any position underground to monitor whether the casing leaks, oil-water stratification, and other geological structural changes occur underground.
Fuerte capacidad antiinterferencia: Due to its sensing principle based on the optical characteristics of optical fibers, there is no electrical signal, so it has strong anti-interference ability. In industrial environments near power facilities or with strong electromagnetic interference, DAS systems can stably perform acoustic monitoring without being affected by electromagnetic interference.
4.3 Multi functionality aspects
Simultaneous measurement of multiple physical quantities: DAS systems can not only measure acoustic signals, but also simultaneously measure physical quantities such as acoustics, temperatura, presión, cepa, and pore noise. In the field of pipeline transportation of resources such as water, aceite, y gas natural, DAS systems can more accurately determine whether a pipeline leak has occurred, as well as the location and degree of the leak, by monitoring changes in various physical quantities such as sound waves, temperatura, y colar.
Equipment status monitoring and fault diagnosis: It can directly analyze the wear and tear, vibration frequency, velocidad de funcionamiento, y lubricación del equipo, predecir aún más posibles situaciones, y tomar decisiones. En fábricas no tripuladas, plantas de energía, centrales nucleares, barcos, submarinos, y otros lugares, Los sistemas DAS pueden monitorear simultáneamente el sonido de cientos de motores, zapatillas, cajas de cambios, y carcasas de cojinetes. A través del análisis de inteligencia artificial, el rendimiento operativo, velocidad, escasez de petróleo, Se puede determinar el desgaste de cada equipo., y las posibles fallas del equipo se pueden detectar de manera oportuna para garantizar el funcionamiento seguro del equipo..
Sensor de temperatura de fibra óptica, Sistema de monitoreo inteligente, Fabricante distribuido de fibra óptica en China
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