Introdução ao Princípio do Sistema Distribuído de Sensor de Temperatura de Fibra Óptica-INNO

Sistema distribuído de detecção de temperatura (ETED) é um instrumento optoeletrônico de fibra óptica que mede a temperatura ao longo do comprimento do cabo sensor de fibra óptica. A característica única de um sistema de detecção de temperatura distribuída é que ele fornece um fluxo contínuo (ou distribuído) distribuição de temperatura ao longo do comprimento do cabo sensor, em vez de pontos de detecção discretos que devem ser predeterminados.

Como funcionam os sensores de temperatura de fibra óptica

O sistema DTS inclui um laser pulsado que envia pulsos de aproximadamente 1m (equivalente a 10ns de tempo) para a fibra. Quando o pulso se propaga ao longo do comprimento da fibra óptica, ele interage com o vidro. Devido a pequenos defeitos no vidro, uma pequena quantidade de pulsos de laser brutos são refletidos de volta para o sistema de detecção DTS. Analisando a luz refletida, DTS pode calcular a temperatura do evento (analisando o poder da luz refletida) e o local do evento (medindo o tempo que leva para a luz retroespalhada retornar), normalmente em instrumentos.

Cabo de detecção de temperatura distribuída

Geralmente, A tecnologia DTS usa cabos de fibra óptica de telecomunicações padrão, e cabos especializados ou pontos de detecção só são necessários para medições quando as temperaturas excedem 100 ° C. As fibras sensoras são geralmente baseadas em fibras multimodo, adequado para distâncias curtas (até 40 km) e fibras monomodo, e adequado para longas distâncias (40-100quilômetros).

Medição de temperatura de fibra óptica especificação para DTS

Os sistemas distribuídos de detecção de temperatura normalmente podem localizar temperaturas a uma distância de 1 medidor (referido como resolução espacial), com precisão dentro da faixa de ± 1 ° C e resolução de detecção tão baixa quanto 0.01 ° C. No entanto, existe uma relação inversa entre a resolução da medição, faixa, e tempo de amostragem, onde a resolução da temperatura diminui com o intervalo e prolonga o tempo necessário para obter dados de medição específicos.

Princípio de medição Raman com detecção de temperatura distribuída

A fibra óptica é feita de vidro de quartzo dopado, e quando o laser é transmitido na fibra, interações ocorrem entre partículas ópticas (fótons) e elétrons moleculares. Em frequências específicas no espectro eletromagnético (conhecidas como bandas Stokes e anti Stokes), dispersão de luz (também conhecido como espalhamento Raman) ocorre em fibras ópticas. A intensidade da chamada banda anti-Stokes depende da temperatura, enquanto a chamada banda de Stokes é, na verdade, independente da temperatura. A temperatura local das fibras ópticas vem da proporção entre a intensidade da luz anti-Stokes e Stokes.

Princípios de Medição – Tecnologias OTDR e OFDR

Existem dois princípios básicos de medição para tecnologia de detecção distribuída: refletômetro óptico no domínio do tempo (OTDR) e refletômetro óptico no domínio da frequência (OFDR).

OTDR foi desenvolvido ao longo 20 anos atrás e se tornou um padrão da indústria para medição de perdas em telecomunicações. O princípio do OTDR é muito simples, semelhante à medição do tempo de voo usada para radar. Basicamente, pulsos de laser estreitos gerados por semicondutores ou lasers de estado sólido são enviados para fibras e analisados quanto à luz retroespalhada. A partir do momento em que a luz retrodifundida retorna à unidade de detecção, a localização do evento de temperatura pode ser localizada.

Um método para substituir a avaliação DTS do refletômetro no domínio da frequência com sinal unitário (OFDR). O sistema OFDR apenas fornece informações sobre características locais e então realiza a transformada de Fourier quando o sinal retroespalhado detectado ao longo do tempo de medição é medido de maneira complexa em função da frequência.

A grande maioria dos sistemas distribuídos de detecção de temperatura disponíveis atualmente são baseados na tecnologia OTDR.

As vantagens do sistema DTS

Algumas características exclusivas dos sistemas de detecção de temperatura distribuída incluem:

Excelentes economias de escala. Os projetistas/integradores de sistemas não precisam se preocupar com a localização precisa de cada ponto de detecção, portanto, o custo de projetar e instalar sistemas de detecção baseados em fibra óptica distribuída sensores é bastante reduzido em comparação com sensores tradicionais.
Baixos custos operacionais e de manutenção. O cabo sensor não possui partes móveis e foi projetado com uma vida útil superior a 30 anos. Os custos de manutenção e operação são muito inferiores aos dos sensores tradicionais.
Os cabos sensores DTS não são afetados por interferência eletromagnética ou vibração
Esses sensores podem ser usados com segurança em áreas perigosas (potência do laser abaixo do nível que pode causar ignição), tornando-os uma escolha ideal para aplicações de detecção industrial.
Projeto de cabos sensores de fibra óptica

Os cabos de fibra óptica são essencialmente passivos e não possuem pontos de detecção separados, para que possam ser fabricados com base em fibras de telecomunicações padrão e, em muitos casos,, embalado usando cabos de fibra óptica de telecomunicações padrão.

Em alguns casos, fibras ópticas especializadas são necessárias, e da mesma forma, é necessário encapsulamento de cabo especializado. Algumas considerações ao projetar cabos de detecção de temperatura distribuída incluem:

Temperatura: A temperatura de trabalho dos materiais padrão de fibra óptica e cabos de telecomunicações pode atingir até 100 ° C. Além disso, você precisará de materiais especializados para vidro e cabos. Por exemplo, poços de petróleo normalmente excedem 200 ° C
Proteção mecânica: Dependendo do ambiente de monitoramento específico, pode haver altas vibrações ou possíveis forças de esmagamento, o que exigirá camadas de cabos adicionais para fornecer proteção para detecção de fibras ópticas
Proteção de hidrogênio: Em certos ambientes, pode haver altos níveis de gás hidrogênio, o que pode causar degradação da fibra óptica (ou escurecimento). Alguma proteção pode ser fornecida usando hidrogênio para remover o gel – mas por um período mais longo, a própria fibra especial com propriedades especiais (dopantes) no núcleo e revestimento da fibra deve ser usado.
Segurança do laser e operação do sistema

Ao operar sistemas baseados em medição óptica (como DTS óptico), é necessário considerar os requisitos de segurança do laser para instalação permanente. Muitos sistemas usam designs de laser de baixa potência, como aqueles classificados como nível de segurança de laser 1M, que pode ser aplicado por qualquer pessoa sem a necessidade de pessoal de segurança laser aprovado. Alguns sistemas são baseados em lasers de alta potência avaliados em 3B, e embora o pessoal de segurança do laser aprovado possa usá-los com segurança, eles podem não ser adequados para instalação permanente.