Pengantar Prinsip Sistem Penginderaan Suhu Serat Optik Terdistribusi-INNO

Sistem Penginderaan Suhu Terdistribusi (DTS) adalah instrumen optoelektronik serat optik yang mengukur suhu sepanjang kabel penginderaan serat optik. Fitur unik dari sistem penginderaan suhu terdistribusi adalah sistem ini menyediakan kontinuitas (atau didistribusikan) distribusi suhu sepanjang kabel penginderaan, daripada titik penginderaan terpisah yang harus ditentukan sebelumnya.

Cara kerja sensor suhu serat optik

Sistem DTS mencakup laser pulsa yang mengirimkan pulsa sekitar 1m (setara dengan 10ns waktu) ke serat. Ketika pulsa merambat sepanjang serat optik, itu berinteraksi dengan kaca. Karena cacat kecil pada kaca, sejumlah kecil pulsa laser mentah dipantulkan kembali ke sistem penginderaan DTS. Dengan menganalisis cahaya yang dipantulkan, DTS dapat menghitung suhu kejadian (dengan menganalisis kekuatan cahaya yang dipantulkan) dan lokasi acara (dengan mengukur waktu yang dibutuhkan cahaya hamburan balik untuk kembali), biasanya dalam instrumen.

Kabel penginderaan suhu terdistribusi

Biasanya, Teknologi DTS menggunakan kabel serat optik telekomunikasi standar, dan kabel khusus atau titik penginderaan hanya diperlukan untuk pengukuran ketika suhu melebihi 100 ° C. Serat penginderaan biasanya didasarkan pada serat multimode, cocok untuk jarak pendek (hingga 40 km) dan serat mode tunggal, dan cocok untuk jarak jauh (40-100kilometer).

Pengukuran suhu serat optik spesifikasi untuk DTS

Sistem penginderaan suhu terdistribusi biasanya dapat menemukan suhu dalam jarak tertentu 1 meter (disebut sebagai resolusi spasial), dengan akurasi dalam kisaran ± 1 ° C dan resolusi penginderaan serendah 0.01 ° C. Namun, ada hubungan terbalik antara resolusi pengukuran, jangkauan, dan waktu pengambilan sampel, di mana resolusi suhu menurun seiring dengan rentang dan memperpanjang waktu yang diperlukan untuk memperoleh data pengukuran tertentu.

Prinsip pengukuran Raman penginderaan suhu terdistribusi

Serat optik terbuat dari kaca kuarsa yang didoping, dan ketika laser ditransmisikan dalam serat, interaksi terjadi antar partikel optik (foton) dan elektron molekul. Pada frekuensi tertentu dalam spektrum elektromagnetik (dikenal sebagai band Stokes dan anti Stokes), hamburan cahaya (juga dikenal sebagai hamburan Raman) terjadi pada serat optik. Intensitas pita anti Stokes bergantung pada suhu, sedangkan pita Stokes sebenarnya tidak bergantung pada suhu. Suhu lokal serat optik berasal dari rasio anti Stokes dan intensitas cahaya Stokes.

Prinsip Pengukuran – Teknologi OTDR dan OFDR

Ada dua prinsip pengukuran dasar untuk teknologi penginderaan terdistribusi: reflektometer domain waktu optik (OTDR) dan reflektometer domain frekuensi optik (OFDR).

OTDR dikembangkan 20 tahun lalu dan telah menjadi standar industri untuk pengukuran kerugian telekomunikasi. Prinsip OTDR sangat sederhana, mirip dengan pengukuran waktu penerbangan yang digunakan untuk radar. Pada dasarnya, pulsa laser sempit yang dihasilkan oleh semikonduktor atau laser solid-state dikirim ke serat dan dianalisis untuk mencari cahaya hamburan balik. Dimulai dari saat cahaya hamburan balik kembali ke unit pendeteksi, lokasi kejadian suhu dapat ditemukan.

Sebuah metode untuk menggantikan evaluasi DTS pada reflektometer domain frekuensi bertanda unit (OFDR). Sistem OFDR hanya memberikan informasi tentang karakteristik lokal dan kemudian melakukan transformasi Fourier ketika sinyal hamburan balik yang terdeteksi sepanjang waktu pengukuran diukur secara kompleks sebagai fungsi frekuensi.

Sebagian besar sistem penginderaan suhu terdistribusi yang tersedia saat ini didasarkan pada teknologi OTDR.

Kelebihan sistem DTS

Beberapa fitur unik dari sistem penginderaan suhu terdistribusi meliputi:

Skala ekonomi yang luar biasa. Perancang/integrator sistem tidak perlu khawatir tentang lokasi tepat setiap titik penginderaan, jadi biaya merancang dan memasang sistem penginderaan berdasarkan Serat Optik Terdistribusi sensor sangat berkurang dibandingkan dengan sensor tradisional.
Biaya perawatan dan operasional yang rendah. Kabel penginderaan tidak memiliki bagian yang bergerak dan dirancang dengan masa pakai lebih dari itu 30 Tahun. Biaya pemeliharaan dan pengoperasian jauh lebih rendah dibandingkan sensor tradisional.
Kabel penginderaan DTS tidak terpengaruh oleh interferensi atau getaran elektromagnetik
Sensor ini dapat digunakan dengan aman di area berbahaya (kekuatan laser di bawah level yang dapat menyebabkan penyalaan), menjadikannya pilihan ideal untuk aplikasi penginderaan industri.
Desain kabel penginderaan serat optik

Kabel serat optik pada dasarnya bersifat pasif dan tidak memiliki titik penginderaan terpisah, sehingga dapat diproduksi berdasarkan serat telekomunikasi standar dan dalam banyak kasus, dikemas menggunakan kabel serat optik telekomunikasi standar.

Dalam beberapa kasus, serat optik khusus diperlukan, dan demikian pula, diperlukan enkapsulasi kabel khusus. Beberapa pertimbangan ketika merancang kabel penginderaan suhu terdistribusi meliputi:

Suhu: Suhu kerja bahan serat optik dan kabel telekomunikasi standar dapat mencapai hingga 100 ° C. Selain itu, Anda memerlukan bahan kaca dan kabel khusus. Misalnya, sumur minyak biasanya melebihi 200 ° C
Perlindungan mekanis: Tergantung pada lingkungan pemantauan spesifik, mungkin ada getaran tinggi atau kemungkinan gaya penghancur, yang memerlukan lapisan kabel tambahan untuk memberikan perlindungan pada penginderaan serat optik
Perlindungan hidrogen: Di lingkungan tertentu, mungkin ada gas hidrogen tingkat tinggi, yang dapat menyebabkan degradasi serat optik (atau semakin gelap). Beberapa perlindungan dapat diberikan dengan menggunakan hidrogen untuk menghilangkan gel – namun dengan durasi yang lebih lama, serat khusus itu sendiri dengan sifat khusus (dopan) pada inti dan kelongsong serat harus digunakan.
Keamanan laser dan pengoperasian sistem

Saat mengoperasikan sistem berbasis pengukuran optik (seperti DTS optik), perlu mempertimbangkan persyaratan keselamatan laser untuk pemasangan permanen. Banyak sistem menggunakan desain laser berdaya rendah, seperti yang tergolong tingkat keamanan laser 1M, yang dapat diterapkan oleh siapa saja tanpa memerlukan personel keselamatan laser yang disetujui. Beberapa sistem didasarkan pada laser berdaya tinggi dengan nilai 3B, dan meskipun personel keselamatan laser yang disetujui dapat menggunakannya dengan aman, mereka mungkin tidak cocok untuk pemasangan permanen.