분산형 광섬유 온도 감지의 원리 및 응용 -INNO

분산 광섬유 온도 감지 (DTS) is an advanced temperature monitoring technology that utilizes optical fibers as temperature sensitive components and signal transmission media to achieve continuous and real-time monitoring of temperature distribution over long distances and large ranges. DTS systems are typically based on the principle of optical time domain reflectometry (OTDR) and the Raman scattering effect of optical fibers, and obtain temperature distribution information along the fiber by analyzing the intensity changes of backward Raman scattering light in the fiber.

1、The main components of DTS system

광원
Laser: High power pulsed lasers such as Nd: YAG lasers or Erbium doped fiber amplifier (EDFA) 일반적으로 사용되는 레이저. 레이저에서 방출된 펄스광 신호는 광섬유를 통해 측정 부위로 전달됩니다..
광섬유
감지 섬유: 광 신호를 전송하고 온도에 민감한 구성 요소 역할을 하는 데 사용됩니다.. 일반적인 감지 광섬유에는 단일 모드 광섬유와 다중 모드 광섬유가 포함됩니다.. 단일모드 광섬유는 손실이 적고 분해능이 높기 때문에 널리 사용됩니다..
탐지기
광검출기: 광섬유에서 돌아오는 후방산란 라만광을 감지하는 데 사용됩니다.. 일반적으로 사용되는 광검출기에는 광전 증배관이 포함됩니다. (오후) 및 애벌런치 포토다이오드 (APD).
신호 처리 장치
데이터 수집 카드: 광검출기에서 출력되는 전기 신호를 수집하여 디지털 신호로 변환하는 데 사용됩니다..
신호 프로세서: 수집된 디지털 신호를 처리하여 온도정보를 추출합니다.. Common signal processing algorithms include Fourier transform, wavelet transform, 등.
software system
Data analysis software: 온도 분포 데이터를 표시하고 분석하는 데 사용됩니다., 온도 곡선 및 온도 분포 그래프 생성. 소프트웨어 시스템에는 일반적으로 데이터 저장소가 있습니다., 알람 기능, 원격 모니터링 기능.
DTS 시스템의 작동 원리
광시간 영역 반사 측정법의 원리 (OTDR)
레이저에서 방출된 펄스 광 신호는 광섬유를 따라 전파됩니다., 광섬유의 고르지 않은 지점이나 끝면을 만날 때, 후방 산란된 빛을 생성합니다. 후방 산란된 빛의 복귀 시간과 강도를 측정하여, 광섬유 내 광신호의 전파 거리와 위치를 확인할 수 있습니다..
라만 산란
광신호가 광섬유에서 전파될 때, 다양한 종류의 산란이 발생합니다., 레일리 산란을 포함하여, 브릴루앙 산란, 라만 산란. 라만 산란광의 강도는 온도에 따라 달라집니다.. 라만 산란은 스톡스 산란과 안티 스톡스 산란으로 구분됩니다.. 반스토크스 산란광의 강도는 온도에 따라 증가합니다., 스톡스 산란광의 강도는 온도에 따라 크게 변하지 않습니다.. 스톡스 산란광에 대한 안티 스톡스 산란광의 강도 비율을 측정하여, 섬유를 따라 각 지점의 온도를 계산할 수 있습니다..

2、DTS 시스템의 응용 시나리오

전력 시스템
케이블 온도 모니터링: 고전압 케이블 및 케이블 트렌치에서, DTS 시스템은 케이블의 온도 분포를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다., 과열 문제를 적시에 감지, 케이블 손상 및 화재사고 예방.
변전소 온도 모니터링: 변전소에서, DTS 시스템은 변압기, 개폐기 등 장비의 온도를 모니터링하여 장비의 안전한 작동을 보장할 수 있습니다..
석유 및 가스 산업
송유관 모니터링: 장거리 송유관에서, DTS 시스템은 파이프라인의 온도 분포를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다., 누출 지점 및 온도 이상을 적시에 감지, 환경오염과 경제적 손실을 방지합니다..
유정 온도 모니터링: 유정에서, DTS 시스템은 지하 온도 분포를 모니터링할 수 있습니다., 오일 추출을 위한 데이터 지원 제공.
아키텍처 및 인프라
교량 온도 모니터링: 대형 교량에서는, DTS 시스템은 교량 본체의 온도 분포를 모니터링할 수 있습니다., 교량의 상태를 평가하다, 잠재적인 안전 위험을 신속하게 감지합니다..
터널 온도 모니터링: 터널에서, DTS 시스템은 터널 내부의 온도 분포를 모니터링하여 안전한 작동을 보장할 수 있습니다..
환경 보호
토양 온도 모니터링: 농업 및 생태 연구 분야, DTS 시스템은 토양 온도 분포를 모니터링할 수 있습니다., provide guidance for agricultural production, 토양 미생물 활동과 영양분 변형을 연구합니다..
수온 모니터링: 강에서, 호수, 그리고 바다, DTS 시스템은 수역의 온도 분포를 모니터링하고 수생태계와 기후 변화의 영향을 연구할 수 있습니다..
화재 안전
창고 온도 모니터링: 대형 창고에서, DTS 시스템은 창고 내부의 온도 분포를 모니터링할 수 있습니다., 적시에 화재 위험을 감지, 화재사고를 예방하고.
터널 화재 모니터링: 터널에서, DTS 시스템은 터널 내부의 온도 분포를 실시간으로 모니터링할 수 있습니다., 적시에 화재를 감지, 그리고 화재 예방 시스템을 활성화하세요..

3、DTS 시스템의 장점

장거리 모니터링: DTS 시스템은 최대 수십 킬로미터의 온도 모니터링을 달성할 수 있습니다., 대규모에 적합, 장거리 온도 모니터링 시나리오.
고해상도: DTS 시스템은 높은 공간 분해능으로 온도 분포 데이터를 제공할 수 있습니다., 일반적으로 최대 수 미터 또는 그보다 더 짧습니다..
실시간 모니터링: DTS 시스템은 실시간 및 지속적인 온도 모니터링을 달성할 수 있습니다., 적시에 온도 이상을 감지합니다..
전자기 간섭 방지: 광섬유는 우수한 전자기 간섭 방지 기능을 갖추고 있으며 강한 전자기 환경에서 온도 모니터링에 적합합니다..
쉬운 설치: DTS 시스템의 설치 및 유지 관리는 비교적 간단하고 비용 효율적입니다..

4、DTS 시스템의 한계

비용: 감시 거리가 증가할수록 DTS 시스템의 단가는 감소하지만, 초기 투자 비용이 여전히 상대적으로 높음.
정확도 제한: DTS 시스템의 온도 측정 정확도는 다양한 요인의 영향을 받습니다., 섬유 품질과 같은, 환경 온도 변화, 외부 간섭, 등.
복잡한 데이터 처리: DTS 시스템은 대용량 데이터를 처리하기 위해 복잡한 신호 처리 알고리즘과 고성능 컴퓨터 시스템이 필요합니다..
요약
그만큼 분산 광섬유 온도 감지 (DTS) 시스템은 광섬유의 라만 산란 효과와 광시간 영역 반사 원리를 활용하여 장거리 및 넓은 범위에 걸쳐 온도 분포를 연속적이고 실시간으로 모니터링하는 고급 온도 모니터링 기술입니다.. DTS 시스템은 전력 시스템 분야에서 광범위한 응용 분야를 보유하고 있습니다., 석유 및 가스 산업, 건설 및 인프라, 환경 보호, 화재 안전, 등. 장거리 모니터링 등의 장점이 있습니다., 고해상도, 실시간 모니터링, 전자기 간섭 방지, 그리고 쉬운 설치. 하지만, DTS 시스템 역시 높은 비용 등의 한계를 가지고 있습니다., 정확도 제한, 복잡한 데이터 처리.