اصول و کاربردهای سنجش دمای فیبر نوری توزیع شده

سنجش دمای فیبر نوری توزیع شده (DTS) یک فناوری پیشرفته نظارت بر دما است که از فیبرهای نوری به عنوان اجزای حساس به دما و رسانه های انتقال سیگنال برای دستیابی به نظارت مستمر و در زمان واقعی توزیع دما در فواصل طولانی و محدوده های بزرگ استفاده می کند.. سیستم های DTS به طور معمول بر اساس اصل بازتاب سنجی دامنه زمان نوری هستند (OTDR) و اثر پراکندگی رامان فیبرهای نوری, و با تجزیه و تحلیل تغییرات شدت نور پراکنده رامان به عقب در فیبر، اطلاعات توزیع دما را در امتداد فیبر به دست آورید..

1、اجزای اصلی سیستم DTS

منبع نور
لیزر: لیزرهای پالسی با توان بالا مانند Nd: لیزر YAG یا تقویت کننده فیبر دوپ شده اربیوم (EDFA) لیزر معمولا استفاده می شود. سیگنال نور پالسی ساطع شده توسط لیزر از طریق فیبر نوری به ناحیه اندازه گیری شده منتقل می شود..
فیبر نوری
فیبر حسگر: برای انتقال سیگنال های نوری و به عنوان یک جزء حساس به دما استفاده می شود. الیاف حسگر رایج شامل الیاف تک حالته و فیبرهای چند حالته می باشد. فیبر تک حالته به دلیل تلفات کم و وضوح بالا بسیار مورد استفاده قرار می گیرد.
آشکارساز
ردیاب نور: برای تشخیص نور رامان برگشتی از فیبرهای نوری استفاده می شود. آشکارسازهای نوری که معمولاً مورد استفاده قرار می‌گیرند، شامل لوله‌های فتو ضرب‌کننده هستند (PMT) و فتودیودهای بهمنی (APD).
واحد پردازش سیگنال
کارت جمع آوری اطلاعات: برای جمع آوری سیگنال های الکتریکی خروجی توسط ردیاب های نوری و تبدیل آنها به سیگنال های دیجیتال استفاده می شود.
پردازنده سیگنال: سیگنال های دیجیتال جمع آوری شده را پردازش می کند و اطلاعات دما را استخراج می کند. الگوریتم های رایج پردازش سیگنال شامل تبدیل فوریه است, wavelet transform, و غیره.
software system
Data analysis software: used to display and analyze temperature distribution data, generate temperature curves and temperature distribution graphs. Software systems typically have data storage, توابع زنگ هشدار, و قابلیت نظارت از راه دور.
The working principle of DTS system
Principle of Optical Time Domain Reflectometry (OTDR)
The pulse light signal emitted by the laser propagates along the optical fiber, and when it encounters uneven points or end faces in the fiber, it will produce backscattered light. By measuring the return time and intensity of backscattered light, the propagation distance and position of the optical signal in the fiber can be determined.
رامان پراکندگی
When optical signals propagate in optical fibers, various types of scattering occur, including Rayleigh scattering, Brillouin scattering, و رامان پراکندگی. شدت نور پراکنده رامان به دما بستگی دارد. پراکندگی رامان به پراکندگی استوکس و پراکندگی آنتی استوکس تقسیم می شود. شدت نور پراکنده ضد استوکس با افزایش دما افزایش می یابد, در حالی که شدت نور پراکنده استوکس با دما تغییر چندانی نمی کند. با اندازه گیری نسبت شدت نور پراکنده ضد استوکس به نور پراکنده استوکس, دما در هر نقطه در امتداد فیبر قابل محاسبه است.

2、سناریوهای کاربردی سیستم DTS

سیستم قدرت
نظارت بر دمای کابل: در کابل های فشار قوی و ترانشه کابل, سیستم DTS می تواند توزیع دمای کابل ها را در زمان واقعی نظارت کند, مشکلات گرمای بیش از حد را به موقع تشخیص دهید, و از آسیب کابل و حوادث آتش سوزی جلوگیری کنید.
پایش دمای پست: در پست, سیستم DTS می تواند دمای تجهیزات مانند ترانسفورماتور و تابلو برق را برای اطمینان از عملکرد ایمن تجهیزات نظارت کند.
صنعت نفت و گاز
نظارت بر خط لوله نفت: در خطوط لوله نفت از راه دور, سیستم DTS می تواند توزیع دمای خط لوله را در زمان واقعی نظارت کند, نقاط نشتی و ناهنجاری های دما را به موقع تشخیص دهید, و از آلودگی های زیست محیطی و زیان های اقتصادی جلوگیری کند.
پایش دمای چاه نفت: در چاه های نفت, سیستم های DTS می توانند توزیع دما را در زیر زمین نظارت کنند, ارائه پشتیبانی داده برای استخراج نفت.
معماری و زیرساخت
پایش دمای پل: در پل های بزرگ, سیستم های DTS می توانند توزیع دمای بدنه پل را کنترل کنند, ارزیابی وضعیت سلامت پل, و به سرعت خطرات احتمالی ایمنی را شناسایی کنید.
پایش دمای تونل: در تونل ها, سیستم های DTS می توانند توزیع دما را در داخل تونل نظارت کنند تا از عملکرد ایمن آن اطمینان حاصل کنند.
حفاظت از محیط زیست
پایش دمای خاک: در تحقیقات کشاورزی و زیست محیطی, سیستم های DTS می توانند توزیع دمای خاک را کنترل کنند, ارائه راهنمایی برای تولید محصولات کشاورزی, و فعالیت میکروبی خاک و تبدیل عناصر غذایی را مطالعه کنید.
پایش دمای آب: در رودخانه ها, دریاچه ها, و اقیانوس ها, سیستم‌های DTS می‌توانند توزیع دمای بدنه‌های آبی را نظارت کنند و تأثیرات اکوسیستم‌های آبی و تغییرات آب و هوایی را مطالعه کنند.
ایمنی آتش نشانی
نظارت بر دمای انبار: در انبارهای بزرگ, سیستم های DTS می توانند توزیع دما را در داخل انبار نظارت کنند, خطرات آتش سوزی را به موقع شناسایی کنید, و از حوادث آتش سوزی جلوگیری می کند.
نظارت بر آتش سوزی تونل: در تونل ها, DTS systems can monitor the temperature distribution inside the tunnel in real time, detect fires in a timely manner, and activate the fire protection system.

3、Advantages of DTS system

نظارت از راه دور: The DTS system can achieve temperature monitoring for up to tens of kilometers, suitable for large-scale, long-distance temperature monitoring scenarios.
High resolution: DTS systems can provide temperature distribution data with high spatial resolution, typically up to several meters or even shorter.
نظارت در زمان واقعی: The DTS system can achieve real-time and continuous temperature monitoring, and detect temperature anomalies in a timely manner.
ضد تداخل الکترومغناطیسی: Optical fibers have good anti electromagnetic interference capabilities and are suitable for temperature monitoring in strong electromagnetic environments.
نصب آسان: The installation and maintenance of DTS system are relatively simple and cost-effective.

4、Limitations of DTS system

هزینه: Although the unit cost of DTS system decreases with the increase of monitoring distance, the initial investment cost is still relatively high.
Accuracy limitation: The temperature measurement accuracy of DTS system is affected by various factors, such as fiber quality, environmental temperature changes, external interference, و غیره.
Complex data processing: DTS systems require complex signal processing algorithms and high-performance computer systems to process large amounts of data.
summary
را سنجش دمای فیبر نوری توزیع شده (DTS) سیستم یک فناوری پیشرفته نظارت بر دما است که از اثر پراکندگی رامان و اصل بازتاب دامنه زمانی نوری فیبرهای نوری برای دستیابی به نظارت مستمر و در زمان واقعی توزیع دما در فواصل طولانی و محدوده های بزرگ استفاده می کند.. سیستم DTS کاربردهای گسترده ای در زمینه های سیستم قدرت دارد, صنعت نفت و گاز, ساخت و ساز و زیرساخت, حفاظت از محیط زیست, ایمنی آتش نشانی, و غیره. مزایایی مانند نظارت از راه دور دارد, وضوح بالا, نظارت در زمان واقعی, ضد تداخل الکترومغناطیسی, و نصب آسان. با این حال, سیستم های DTS نیز دارای محدودیت هایی مانند هزینه بالا هستند, محدودیت های دقت, و پردازش داده های پیچیده.

سنسور دمای فیبر نوری, سیستم مانیتورینگ هوشمند, تولید کننده فیبر نوری توزیع شده در چین