Princípios e aplicações de sensor de temperatura de fibra óptica distribuída-INNO

Detecção Distribuída de Temperatura por Fibra Óptica (ETED) é uma tecnologia avançada de monitoramento de temperatura que utiliza fibras ópticas como componentes sensíveis à temperatura e meios de transmissão de sinal para obter monitoramento contínuo e em tempo real da distribuição de temperatura em longas distâncias e grandes alcances. Os sistemas DTS são normalmente baseados no princípio da reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR) e o efeito de espalhamento Raman de fibras ópticas, e obter informações de distribuição de temperatura ao longo da fibra, analisando as mudanças de intensidade da luz de dispersão Raman reversa na fibra.

1、Os principais componentes do sistema DTS

fonte de luz
Laser: Lasers pulsados de alta potência, como Nd: Lasers YAG ou amplificador de fibra dopada com érbio (EDFA) lasers são comumente usados. O sinal de luz pulsada emitido pelo laser é transmitido para a área medida através de fibra óptica.
Fibra óptica
Detecção de fibra: usado para transmitir sinais ópticos e servir como um componente sensível à temperatura. Fibras de detecção comuns incluem fibras monomodo e fibras multimodo. A fibra monomodo é amplamente utilizada devido à sua baixa perda e alta resolução.
detector
Fotodetector: usado para detectar luz Raman retroespalhada retornando de fibras ópticas. Os fotodetectores comumente usados incluem tubos fotomultiplicadores (PMT) e fotodiodos de avalanche (DPA).
unidade de processamento de sinal
Cartão de aquisição de dados: usado para coletar sinais elétricos emitidos por fotodetectores e convertê-los em sinais digitais.
Processador de sinal: processa os sinais digitais coletados e extrai informações de temperatura. Algoritmos comuns de processamento de sinal incluem transformada de Fourier, transformada wavelet, etc..
sistema de software
Software de análise de dados: usado para exibir e analisar dados de distribuição de temperatura, gerar curvas de temperatura e gráficos de distribuição de temperatura. Os sistemas de software normalmente possuem armazenamento de dados, funções de alarme, e recursos de monitoramento remoto.
O princípio de funcionamento do sistema DTS
Princípio da reflectometria óptica no domínio do tempo (OTDR)
O sinal de luz pulsada emitido pelo laser se propaga ao longo da fibra óptica, e quando encontra pontos irregulares ou faces finais na fibra, produzirá luz retroespalhada. Medindo o tempo de retorno e a intensidade da luz retroespalhada, a distância de propagação e a posição do sinal óptico na fibra podem ser determinadas.
Dispersão Raman
Quando os sinais ópticos se propagam em fibras ópticas, vários tipos de espalhamento ocorrem, incluindo espalhamento Rayleigh, Dispersão de Brillouin, e espalhamento Raman. A intensidade da luz espalhada Raman depende da temperatura. O espalhamento Raman é dividido em espalhamento Stokes e espalhamento Anti Stokes. A intensidade da luz espalhada anti-Stokes aumenta com a temperatura, enquanto a intensidade da luz espalhada por Stokes não muda significativamente com a temperatura. Medindo a proporção de intensidade da luz de dispersão anti-Stokes para a luz de dispersão de Stokes, a temperatura em cada ponto ao longo da fibra pode ser calculada.

2、Cenários de aplicação do sistema DTS

Sistema de energia
Monitoramento de temperatura do cabo: Em cabos de alta tensão e valas de cabos, O sistema DTS pode monitorar a distribuição de temperatura dos cabos em tempo real, detectar problemas de superaquecimento em tempo hábil, e evitar danos ao cabo e acidentes de incêndio.
Monitoramento de temperatura de subestação: Na subestação, o sistema DTS pode monitorar a temperatura de equipamentos como transformadores e comutadores para garantir a operação segura do equipamento.
Indústria de petróleo e gás
Monitoramento de oleodutos: Em oleodutos de longa distância, o sistema DTS pode monitorar a distribuição de temperatura da tubulação em tempo real, detectar pontos de vazamento e anomalias de temperatura em tempo hábil, e prevenir a poluição ambiental e perdas económicas.
Monitoramento de temperatura de poço de petróleo: Em poços de petróleo, Os sistemas DTS podem monitorar a distribuição de temperatura no subsolo, fornecendo suporte de dados para extração de petróleo.
Arquitetura e Infraestrutura
Monitoramento de temperatura da ponte: Em grandes pontes, Os sistemas DTS podem monitorar a distribuição de temperatura do corpo da ponte, avaliar o estado de saúde da ponte, e detectar prontamente possíveis riscos à segurança.
Monitoramento da temperatura do túnel: Em túneis, Os sistemas DTS podem monitorar a distribuição de temperatura dentro do túnel para garantir sua operação segura.
proteção ambiental
Monitoramento da temperatura do solo: Na pesquisa agrícola e ecológica, Os sistemas DTS podem monitorar a distribuição da temperatura do solo, fornecer orientação para a produção agrícola, e estudar a atividade microbiana do solo e a transformação de nutrientes.
Monitoramento da temperatura da água: Nos rios, lagos, e oceanos, Os sistemas DTS podem monitorizar a distribuição da temperatura das massas de água e estudar os impactos dos ecossistemas aquáticos e das alterações climáticas.
segurança contra incêndio
Monitoramento de temperatura do armazém: Em grandes armazéns, Os sistemas DTS podem monitorar a distribuição de temperatura dentro do armazém, detectar riscos de incêndio em tempo hábil, e prevenir acidentes de incêndio.
Monitoramento de incêndio em túneis: Em túneis, Os sistemas DTS podem monitorar a distribuição de temperatura dentro do túnel em tempo real, detectar incêndios em tempo hábil, e ativar o sistema de proteção contra incêndio.

3、Vantagens do sistema DTS

Monitoramento de longa distância: O sistema DTS pode monitorar a temperatura por até dezenas de quilômetros, adequado para grande escala, cenários de monitoramento de temperatura de longa distância.
Alta resolução: Os sistemas DTS podem fornecer dados de distribuição de temperatura com alta resolução espacial, normalmente até vários metros ou até menos.
Monitoramento em tempo real: O sistema DTS pode obter monitoramento contínuo e em tempo real da temperatura, e detectar anomalias de temperatura em tempo hábil.
Interferência anti-eletromagnética: As fibras ópticas têm boas capacidades de interferência anti-eletromagnética e são adequadas para monitoramento de temperatura em ambientes eletromagnéticos fortes..
Fácil instalação: A instalação e manutenção do sistema DTS são relativamente simples e econômicas.

4、Limitações do sistema DTS

Custo: Embora o custo unitário do sistema DTS diminua com o aumento da distância de monitoramento, o custo do investimento inicial ainda é relativamente alto.
Limitação de precisão: A precisão da medição de temperatura do sistema DTS é afetada por vários fatores, como qualidade da fibra, mudanças de temperatura ambiental, interferência externa, etc..
Processamento de dados complexo: Os sistemas DTS requerem algoritmos complexos de processamento de sinais e sistemas computacionais de alto desempenho para processar grandes quantidades de dados..
resumo
O Detecção Distribuída de Temperatura por Fibra Óptica (ETED) O sistema é uma tecnologia avançada de monitoramento de temperatura que utiliza o efeito de espalhamento Raman e o princípio de reflexão óptica no domínio do tempo das fibras ópticas para obter monitoramento contínuo e em tempo real da distribuição de temperatura em longas distâncias e grandes alcances. O sistema DTS tem uma ampla gama de aplicações nas áreas de sistemas de energia, indústria de petróleo e gás, construção e infraestrutura, proteção ambiental, segurança contra incêndio, etc.. Tem vantagens como monitoramento de longa distância, alta resolução, monitoramento em tempo real, interferência anti-eletromagnética, e fácil instalação. No entanto, Os sistemas DTS também têm limitações, como alto custo, limitações de precisão, e processamento complexo de dados.