חיישני טמפרטורה של סיבים אופטיים INNO ,מערכות ניטור טמפרטורה.
מדריך זה מספק מבט מעמיק על חישת סיבים אופטיים מבוזרת (DFOS), טכנולוגיה טרנספורמטיבית לניטור תשתיות קריטיות. מערכות DFOS, כולל חישת טמפרטורה מבוזרת (DTS), חישת רטט מבוזרת (DVS), ו חישה אקוסטית מבוזרת (דאס), השתמש בסיבים אופטיים כחיישנים רציפים, הצעת נתונים בזמן אמת למרחקים ארוכים. מערכות אלו מצטיינות בשל הדיוק שלהן, טווח, וחסינות מפני הפרעות אלקטרומגנטיות. ספקים מובילים, כגון FJINNO, מציעים פתרונות DFOS מתקדמים המותאמים לתעשיות מגוונות.
חישת סיבים אופטיים מבוזרת (DFOS) משנה את האופן שבו תעשיות מנטרות תשתיות ומשאבים חיוניים. בניגוד לחיישני נקודה מסורתיים, DFOS משתמש ב- סיב אופטי עצמו כחיישן רציף, מתן נתונים בזמן אמת על הטמפרטורה, רטט, ואירועים אקוסטיים למרחקים ארוכים. טכנולוגיה זו חיונית ליישומים הדורשים דיוק גבוה, כיסוי רחב, ועמידות בפני הפרעות אלקטרומגנטיות.
תוכן עניינים
DFOS: סקירה כללית
מערכות DFOS פועלות על פי עקרונות האור פיזור בתוך סיבים אופטיים. מנגנוני הפיזור העיקריים המשמשים הם:
- פיזור ראמאן: משמש בעיקר עבור חישת טמפרטורה מבוזרת (DTS). יחס העוצמה של רכיבי האנטי-סטוקס והסטוקס של האור המפוזר לאחור קשור ישירות לטמפרטורה.
- פיזור ריילי: משמש ל רטט מבוזר חש (DVS) ו חישה אקוסטית מבוזרת (דאס). שינויים זעירים במקדם השבירה של הסיבים, נגרם על ידי מתח או רטט, לשנות את שלב האור המפוזר לאחור. שינוי פאזה זה מזוהה באמצעות טכניקות כמו רגיש לפאזה תחום זמן אופטי רפלקטומטריה (Φ-OTDR).
- פיזור ברילואין: יכול לשמש גם לחישת טמפרטורה וגם לחישת מתח, מציע יכולות לטווח ארוך יותר מאשר פיזור ראמאן. זה מסתמך על האינטראקציה בין אור וגלים אקוסטיים בתוך סיבים.
חברות כמו FJINNO, פיתחו מערכות DFOS מתוחכמות הממנפות את העקרונות הללו כדי לספק מדויקות ואמינות ביותר פתרונות ניטור.
מעמיק: חישת טמפרטורה מבוזרת (DTS)
חישת טמפרטורה מבוזרת (DTS) שימוש במערכות פיזור ראמאן כדי למדוד התפלגות טמפרטורה לכל אורכו של סיב אופטי. דופק לייזר מועבר דרך הסיב. האור החוזר (פיזור אחורי) לאחר מכן מנותח. ה אנטי סטוקס חלק מהאור המפוזר על ידי ראמאן רגיש מאוד לשינויי טמפרטורה, בעוד ש סטוקס חלק יציב יחסית. על ידי חישוב יחס העוצמה בין אותות אנטי-סטוקס וסטוקס, ה טמפרטורה בכל נקודה לאורך הסיבים ניתן לקבוע במדויק.
היתרונות של טכנולוגיית DTS:
| תכונה | תועלת |
|---|---|
| דיוק ויציבות גבוהים | משיג רמות דיוק של ±0.5°C ומעלה, עם רזולוציות עדינות, הבטחת ביצועים עקביים. |
| זמן תגובה מהיר | זמני תגובה מהירים (לעתים קרובות תחת 1 שניה) הפעל בקשה זיהוי טמפרטורה וריאציות. |
| מגוון רחב | מסוגל ניטור טמפרטורות לאורך עשרות קילומטרים באמצעות יחידת חוקר אחת. |
| התנגדות EMI/RFI | חיישני סיבים אופטיים עמידים באופן טבעי בפני הפרעות אלקטרומגנטיות ותדרי רדיו. |
| בטיחות אינהרנטית | מתאים לשימוש במקומות מסוכנים בשל האופי הלא מוליך של הסיב. |
יישומי DTS עיקריים:
- ניטור כבל חשמל: זיהוי קטעי התחממות יתר ב מתח גבוה כבלים.
- דליפת צנרת זיהוי: איתור נזילות באמצעות שינויי טמפרטורה.
- גילוי אש: מתן התראות מוקדמות על שריפות.
- בור למטה ניטור טמפרטורה: שיפור באר נפט וגז יעילות.
- ניטור כלי שיט תהליכי: שמירה על תנאי תפעול אידיאליים.
- מרכז נתונים ניטור טמפרטורה: הגנה על ציוד IT.
מעמיק: רטט/חישה אקוסטית מבוזרת (DVS/DAS)
חישת רטט מבוזרת (DVS) ו חישה אקוסטית מבוזרת (דאס) ניצל פיזור ריילי לזהות ולאתר רעידות לאורך סיב אופטי. מועבר דופק לייזר ממוקד, והאור המוחזר מנותח. רעידות גורמות למתחים קלים, גורם לשינויי פאזה באור המוחזר. רגיש לפאזה זמן אופטי רפלקטומטריית תחום (Φ-OTDR) מזהה את השינויים האלה, מציע תובנות לגבי תדר הרטט, עוצמת, ומקור.
היתרונות של טכנולוגיית DVS/DAS:
| תכונה | תועלת |
|---|---|
| רגישות יוצאת דופן | מסוגל זיהוי רעידות ברמת הננו-סטרין. |
| תחום תדרים רחב | מזהה רעידות מפעילות סיסמית בתדר נמוך לצלילים בתדר גבוה. |
| יכולת למרחקים ארוכים | ניטור רעידות מעל עשרות קילומטרים. |
| ניטור רציף | מספק בזמן אמת, מעקב רעידות ללא הפרעה. |
| לוקליזציה מדויקת | מזהה במדויק את מיקום המקור של אירועי רטט. |
| חסינות EMI/RFI | מהותי לטבע של טכנולוגיית סיבים אופטיים. |
יישומי DVS/DAS עיקריים:
- חדירה היקפית זיהוי: חישה של ניסיונות לפגוע בגדרות.
- ניטור TPI בצנרת: זיהוי חפירה לא מורשית ליד צינורות.
- ניטור בריאות מבנית: הערכת עומס על גשרים ובניינים.
- ניטור תנועה: זיהוי וסיווג כלי רכב.
- ניטור רכבות: תצפית על רכבות ואיתור חריגות במסילה.
- איתור נזילות (אקוסטית): זיהוי צליל הדליפות.
- ניטור זרימה: מדידת קצבי זרימה על ידי ניתוח דפוסי קול.
- ניטור תהליכים: זיהוי קוויטציה בתעשייה פעולות.
שאלות נפוצות (שאלות נפוצות)
פיזור ריילי נגרם על ידי שינויים קטנים בצפיפות של סיבים ורגיש הן למתח והן לטמפרטורה. פיזור ראמאן נובע מאינטראקציה של אור עם תנודות מולקולריות והוא רגיש בעיקר לטמפרטורה. פיזור ברילואין כרוך באינטראקציה של אור עם גלים אקוסטיים ב סיבים ורגיש הן לטמפרטורה והן למתח, מציע טווחים ארוכים יותר מאשר ראמאן.
הטווח המרבי תלוי בטכנולוגיה הספציפית בה נעשה שימוש. מבוסס ראמאן מערכות DTS בדרך כלל יכול להגיע עד 30-50 קילומטר, בעוד שמערכות מבוססות Brillouin יכולות להתרחב ליותר 100 קילומטר. מערכות DAS שימוש בפיזור ריילי יכול גם להשיג טווחים ארוכים, לעתים קרובות חורג 50 קילומטר.
רזולוציה מרחבית מתייחס למרחק המינימלי בין שתי נקודות מדידה הניתנות להבחנה. זה יכול לנוע בין פחות ממטר למספר מטרים, תלוי במערכת ובתצורה.
כיול כרוך בדרך כלל בשימוש בקטעי ייחוס של סיבים בטמפרטורות ידועות או זנים. זה מאפשר ל- מערכת ליצירת קשר בין האופטיקה הנמדדת אותות והפרמטרים הפיזיקליים.
כן, מערכות DFOS מתאימות היטב לסביבות קשות. ה ניתן להגן על סיבים אופטיים באמצעות כבלים מוקשחים, ויחידת החוקרים יכולה להיות ממוקמת במתחם מגן. החסינות המובנית ל-EMI/RFI היא יתרון משמעותי.
בעוד שניתן להשתמש בסיבי טלקומוניקציה סטנדרטיים, מיוחדות כבלי סיבים אופטיים משמשים לעתים קרובות כדי לשפר את הרגישות ולהגן על הסיבים בסביבות קשות. כבלים אלה עשויים להיות בעלי ציפויים שונים, מעילים, או מבנים פנימיים.
מערכות DFOS ליצור גדול כמויות נתונים. תוכנה מתוחכמת משמשת לעיבוד, לנתח, ולהציג נתונים אלה באופן חזותי, מתן התראות בזמן אמת ומגמות היסטוריות. תוכנה זו כוללת לעתים קרובות תכונות כמו זיהוי אירועים, מיפוי מיקום, וסינון נתונים.
מערכות DFOS דורשות בדרך כלל תחזוקה מינימלית. ה סיבים אופטיים עצמו פסיבי ויש לו תוחלת חיים ארוכה. יחידת החוקרים עשויה לדרוש בדיקות וכיול תקופתיים, אבל עלויות התחזוקה הכוללות בדרך כלל נמוכות.
DTS (חישת טמפרטורה מבוזרת) מודד שינויי טמפרטורה לאורך הסיב, בזמן דאס (חישה אקוסטית מבוזרת) מודד רעידות ואותות אקוסטיים. DTS משתמש בדרך כלל בפיזור ראמאן, בעוד ש-DAS משתמש בפיזור ריילי.
אמנם אפשרי מבחינה טכנית בתצורות מסוימות, מקובל יותר להשתמש בנפרד סיבים או תעלות ייעודיות בתוך סיב מרובה ליבות עבור DTS ו-DAS כדי לייעל את הביצועים עבור כל אופן חישה. כמה מערכות מתקדמות צצים שיכולים לבצע את שתי המדידות על סיב בודד בו זמנית, אבל זה עדיין אזור מתפתח.
מסקנה
מבוזרות חישת סיבים אופטיים (DFOS) מציע גישה רבת עוצמה ורב-תכליתית לניטור תשתיות ונכסים קריטיים. על ידי הבנת העקרונות הבסיסיים של ראמאן, ריילי, ופיזור ברילואין, והיכולות הספציפיות של DTS, DVS, ו מערכות DAS, ארגונים יכולים למנף את הטכנולוגיה הזו כדי לשפר את הבטיחות, מטב את התפעול, ולהגן על משאבים יקרי ערך. חברות כמו FJINNO נמצאים בחזית החדשנות של DFOS, מתן פתרונות מתקדמים ומומחיות כדי לענות על הצרכים המתפתחים של תעשיות שונות.