Principles and Applications of Distributed Fiber Optical Temperature Sensing-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: used for transmitting optical signals and serving as a temperature sensitive component. Common sensing fibers include single-mode fibers and multi-mode fibers. Single mode fiber is widely used due to its low loss and high resolution.
detector
Fotodetector: used to detect backscattered Raman light returning from optical fibers. The commonly used photodetectors include photomultiplier tubes (PMT) and avalanche photodiodes (DPA).
unidade de processamento de sinal
Data acquisition card: used to collect electrical signals output by photodetectors and convert them into digital signals.
Signal processor: processes the collected digital signals and extracts temperature information. Common signal processing algorithms include Fourier transform, wavelet transform, etc..
software system
Data analysis software: used to display and analyze temperature distribution data, 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, the DTS system can monitor the temperature distribution of the pipeline in real time, detect leakage points and temperature anomalies in a timely manner, and prevent environmental pollution and economic losses.
Oil well temperature monitoring: In oil wells, DTS systems can monitor the temperature distribution underground, providing data support for oil extraction.
Architecture and Infrastructure
Bridge temperature monitoring: In large bridges, DTS systems can monitor the temperature distribution of the bridge body, evaluate the health status of the bridge, and promptly detect potential safety hazards.
Monitoramento da temperatura do túnel: In tunnels, DTS systems can monitor the temperature distribution inside the tunnel to ensure its safe operation.
proteção ambiental
Soil temperature monitoring: In agricultural and ecological research, DTS systems can monitor soil temperature distribution, provide guidance for agricultural production, and study soil microbial activity and nutrient transformation.
Water temperature monitoring: In rivers, lakes, and oceans, DTS systems can monitor the temperature distribution of water bodies and study the impacts of water ecosystems and climate change.
fire safety
Warehouse temperature monitoring: In large warehouses, DTS systems can monitor the temperature distribution inside the warehouse, detect fire hazards in a timely manner, and prevent fire accidents.
Tunnel fire monitoring: In tunnels, DTS systems can monitor the temperature distribution inside the tunnel in real time, detect fires in a timely manner, and activate the fire protection system.

3、Advantages of DTS system

Monitoramento de longa distância: The DTS system can achieve temperature monitoring for up to tens of kilometers, 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, fire safety, 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, accuracy limitations, and complex data processing.