分散型光ファイバー温度センシングシステムの原理紹介-INNO

分散型温度検知システム (DTSの) 光ファイバー感知ケーブルの長さに沿って温度を測定する光ファイバー光電子機器です。. 分散型温度検知システムのユニークな特徴は、継続的な温度検知システムを提供することです。 (または分散) センシングケーブルの長さに沿った温度分布, 事前に決定する必要がある個別の感知点ではなく.

光ファイバー温度センサーの仕組み

DTS システムには、約 1m のパルスを送信するパルスレーザーが含まれています。 (10nsの時間に相当) 繊維に. パルスが光ファイバーの長さに沿って伝播するとき, それはガラスと相互作用します. ガラスに小さな傷があったため, 少量の生のレーザーパルスが反射されて DTS センシングシステムに戻されます。. 反射光を解析することで, DTS はイベントの温度を計算できます (反射光のパワーを分析することで) そしてイベントの場所 (後方散乱光が戻ってくるまでの時間を測定することによって), 通常は楽器で.

分散型温度検知ケーブル

通常は, DTS テクノロジーは標準の通信光ファイバーケーブルを使用します, 特殊なケーブルまたは感知ポイントは、温度が以下を超える場合の測定にのみ必要です。 100 °C. センシングファイバーは通常、マルチモードファイバーに基づいています, 短距離に適しています (40kmまで) シングルモードファイバー, そして長距離に適しています (40-100キロメートル).

光ファイバー温度測定 DTSの仕様

分散型温度検知システムは通常、次の距離内の温度を特定できます。 1 メーター (空間解像度と呼ばれる), ±の範囲内の精度で 1 °C と低い検出分解能 0.01 °C. しかし, 測定分解能の間には反比例の関係があります, 範囲, とサンプリング時間, 温度分解能は範囲とともに低下し、特定の測定データを取得するのに必要な時間が長くなります。.

分散型温度センシングラマン測定原理

光ファイバーはドープされた石英ガラスでできています, レーザーがファイバー内を伝送されると, 光学粒子間で相互作用が起こる (光子) そして分子電子. 電磁スペクトルの特定の周波数で (ストークスバンドおよびアンチストークスバンドとして知られる), 光散乱 (ラマン散乱とも呼ばれています) 光ファイバーで発生する. いわゆる反ストークスバンドの強度は温度に依存します, 一方、いわゆるストークスバンドは実際には温度に依存しません。. 光ファイバーの局所温度は、アンチストークス光強度とストークス光強度の比から得られます。.

測定原理 – OTDR および OFDR テクノロジー

分散センシング技術には 2 つの基本的な測定原理があります: 光学式時間領域反射率計 (OTDRの) および光周波数領域反射率計 (OFDR).

OTDR は、 20 数年前に確立され、通信損失測定の業界標準になりました. OTDRの原理は非常にシンプルです, レーダーで使用される飛行時間測定に似ています. 基本的に, 半導体または固体レーザーによって生成された狭いレーザーパルスがファイバーに送信され、後方散乱光が分析されます。. 後方散乱光が検出部に戻ってきた時点から, 温度イベントの場所を特定できる.

単位符号付き周波数領域反射率計の DTS 評価を置き換える方法 (OFDR). OFDR システムは、局所的な特性に関する情報のみを提供し、測定時間全体で検出された後方散乱信号が周波数の関数として複雑な方法で測定されるときにフーリエ変換を実行します。.

現在利用可能な分散型温度検知システムの大部分は、OTDR テクノロジーに基づいています。.

DTSシステムの利点

分散型温度検知システムの独自の機能には次のようなものがあります。:

優れた規模の経済性. システム設計者/インテグレータは、各センシングポイントの正確な位置を心配する必要がありません。, したがって、以下に基づいてセンシングシステムを設計および設置するコストは、分散型光ファイバー従来のセンサーと比較してセンサーの数が大幅に削減されます.
メンテナンスと運用コストが低い. センシングケーブルには可動部品がなく、寿命が長くなるように設計されています。 30 月日. メンテナンスと運用のコストは従来のセンサーよりもはるかに低くなります.
DTS センシングケーブルは電磁干渉や振動の影響を受けません
これらのセンサーは危険な場所でも安全に使用できます (発火を引き起こす可能性のあるレベル未満のレーザー出力), 産業用センシングアプリケーションにとって理想的な選択肢となります。.
光ファイバーセンシングケーブルの設計

光ファイバーケーブルは本質的に受動的であり、個別の感知ポイントを持ちません。, そのため、標準の通信ファイバーに基づいて製造でき、多くの場合、, 標準の通信用光ファイバーケーブルを使用してパッケージ化.

場合によっては, 専用の光ファイバーが必要, そして同様に, 特殊なケーブルのカプセル化が必要です. 分散型温度検知ケーブルを設計する際の考慮事項には、次のようなものがあります。:

温度: 標準的な電気通信光ファイバーおよびケーブル材料の使用温度は、最高 100 °C. この上に, 特殊なガラスとケーブル材料が必要になります. 例えば, 油井は通常、 200 °C
機械的保護: 特定の監視環境に応じて, 高い振動または衝撃力が発生する可能性があります, センシング光ファイバーを保護するために追加のケーブル層が必要になります。
水素保護: 特定の環境では, 高レベルの水素ガスが存在する可能性があります, 光ファイバーの劣化を引き起こす可能性があります (または暗くなる). 水素を使用してゲルを除去することで、ある程度の保護を実現できます。 – しかし、より長い期間, 特殊な性質を持った特殊な繊維そのもの (ドーパント) ファイバーのコアとクラッドで使用する必要があります.
レーザーの安全性とシステム操作

光学測定ベースのシステムを操作する場合 (光DTSなど), 恒久的に設置するにはレーザーの安全要件を考慮する必要があります. 多くのシステムは低出力レーザー設計を使用しています, レーザー安全レベル 1M に分類されるものなど, 承認されたレーザー安全担当者を必要とせず、誰でも適用できます。. 一部のシステムは定格 3B の高出力レーザーに基づいています, 承認されたレーザー安全担当者が安全に使用できますが、, 恒久的な設置には適していない可能性があります.