Introducción al principio del sistema distribuido de detección de temperatura de fibra óptica

Sistema distribuido de detección de temperatura (EDE) Es un instrumento optoelectrónico de fibra óptica que mide la temperatura a lo largo del cable sensor de fibra óptica.. La característica única de un sistema de detección de temperatura distribuida es que proporciona una señal continua. (o distribuido) Distribución de temperatura a lo largo del cable sensor., en lugar de puntos de detección discretos que deben estar predeterminados.

Cómo funcionan los sensores de temperatura de fibra óptica

El sistema DTS incluye un láser de pulso que envía pulsos de aproximadamente 1 m (equivalente a 10ns de tiempo) a la fibra. Cuando el pulso se propaga a lo largo de la fibra óptica., interactúa con el vidrio. Por pequeños defectos en el cristal., Una pequeña cantidad de pulsos láser sin procesar se refleja de nuevo en el sistema de detección DTS.. Analizando la luz reflejada., DTS puede calcular la temperatura del evento. (analizando la potencia de la luz reflejada) y el lugar del evento (midiendo el tiempo que tarda la luz retrodispersada en regresar), normalmente en instrumentos.

Cable de detección de temperatura distribuida

Generalmente, La tecnología DTS utiliza cables de fibra óptica estándar para telecomunicaciones., y solo se requieren cables especializados o puntos de detección para mediciones cuando las temperaturas exceden 100 °C. Las fibras sensoriales suelen basarse en fibras multimodo., adecuado para distancias cortas (hasta 40km) y fibras monomodo, y adecuado para largas distancias (40-100kilómetros).

Medición de temperatura por fibra óptica especificación para DTS

Los sistemas distribuidos de detección de temperatura normalmente pueden localizar temperaturas dentro de una distancia de 1 metro (denominada resolución espacial), con precisión dentro del rango de ± 1 ° C y resolución de detección tan baja como 0.01 °C. Sin embargo, existe una relación inversa entre la resolución de la medición, rango, y tiempo de muestreo, where temperature resolution decreases with range and prolongs the time required to obtain specific measurement data.

Distributed temperature sensing Raman measurement principle

Fiber optic is made of doped quartz glass, and when laser is transmitted in the fiber, interactions occur between optical particles (photons) and molecular electrons. At specific frequencies in the electromagnetic spectrum (known as the Stokes and anti Stokes bands), light scattering (also known as Raman scattering) occurs in optical fibers. The intensity of the so-called anti Stokes band is temperature dependent, while the so-called Stokes band is actually temperature independent. The local temperature of optical fibers comes from the ratio of anti Stokes and Stokes light intensity.

Measurement Principles – OTDR and OFDR Technologies

Hay dos principios básicos de medición para la tecnología de detección distribuida.: reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR) y reflectómetro óptico en el dominio de la frecuencia (OFDR).

OTDR fue desarrollado durante 20 Hace años y se ha convertido en un estándar de la industria para la medición de pérdidas en telecomunicaciones.. El principio de OTDR es muy simple, similar a la medición del tiempo de vuelo utilizada para el radar. Básicamente, Los pulsos láser estrechos generados por semiconductores o láseres de estado sólido se envían a fibras y se analizan en busca de luz retrodispersada.. A partir del momento en que la luz retrodispersada regresa a la unidad de detección, se puede localizar la ubicación del evento de temperatura.

Un método para reemplazar la evaluación DTS del reflectómetro en el dominio de frecuencia con signo unitario (OFDR). The OFDR system only provides information about local characteristics and then performs Fourier transform when the backscattered signal detected throughout the measurement time is measured in a complex manner as a function of frequency.

The vast majority of currently available distributed temperature sensing systems are based on OTDR technology.

The advantages of DTS system

Some unique features of distributed temperature sensing systems include:

Excellent economies of scale. System designers/integrators do not have to worry about the precise location of each sensing point, so the cost of designing and installing sensing systems based on fibra óptica distribuida sensors is greatly reduced compared to traditional sensors.
Low maintenance and operational costs. The sensing cable has no moving parts and is designed with a lifespan of over 30 años. The maintenance and operating costs are much lower than traditional sensors.
DTS sensing cables are not affected by electromagnetic interference or vibration
These sensors can be safely used in hazardous areas (laser power below the level that can cause ignition), making them an ideal choice for industrial sensing applications.
Design of fiber optic sensing cables

Fiber optic cables are essentially passive and do not have separate sensing points, so they can be manufactured based on standard telecommunications fibers and in many cases, packaged using standard telecommunications fiber optic cables.

En algunos casos, specialized optical fibers are required, and similarly, specialized cable encapsulation is required. Some considerations when designing distributed temperature sensing cables include:

Temperatura: The working temperature of standard telecommunications fiber optic and cable materials can reach up to 100 °C. On top of this, you will need specialized glass and cable materials. Por ejemplo, oil wells typically exceed 200 °C
Protección mecánica: Depending on the specific monitoring environment, there may be high vibrations or possible crushing forces, which will require additional cable layers to provide protection for sensing optical fibers
Hydrogen protection: In certain environments, there may be high levels of hydrogen gas, which can cause fiber optic degradation (or darkening). Some protection can be provided by using hydrogen to remove the gel – but for a longer duration, the special fiber itself with special properties (dopants) in the core and cladding of the fiber must be used.
Laser safety and system operation

When operating optical measurement based systems (such as optical DTS), it is necessary to consider laser safety requirements for permanent installation. Many systems use low-power laser designs, such as those classified as laser safety level 1M, which can be applied by anyone without the need for approved laser safety personnel. Some systems are based on high-power lasers rated at 3B, and although approved laser safety personnel can safely use them, they may not be suitable for permanent installation.

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