Introduction to the Principle of Distributed Fiber Optic Temperature Sensing System-INNO

Распределенная система измерения температуры (ДТС) представляет собой оптоволоконный оптоэлектронный прибор, измеряющий температуру по всей длине оптоволоконного чувствительного кабеля.. Уникальной особенностью распределенной системы измерения температуры является то, что она обеспечивает непрерывное (или распределенный) Распределение температуры по длине чувствительного кабеля, а не дискретные точки измерения, которые должны быть заранее определены.

Как работают оптоволоконные датчики температуры

Система DTS включает в себя импульсный лазер, который посылает импульсы длиной около 1 м. (эквивалентно 10 нс времени) к волокну. При распространении импульса по длине оптического волокна, он взаимодействует со стеклом. Из-за небольших дефектов стекла., небольшое количество необработанных лазерных импульсов отражается обратно в сенсорную систему DTS. Анализируя отраженный свет, DTS может рассчитать температуру события (анализируя силу отраженного света) и место проведения мероприятия (измеряя время, необходимое для возвращения обратно рассеянного света.), обычно в инструментах.

Распределенный кабель измерения температуры

Обычно, В технологии DTS используются стандартные телекоммуникационные оптоволоконные кабели., специальные кабели или точки измерения требуются только для измерений, когда температура превышает 100 °С. Чувствительные волокна обычно изготавливаются на основе многомодовых волокон., подходит для коротких расстояний (до 40 км) и одномодовые волокна, и подходит для больших расстояний (40-100км).

Оптоволоконное измерение температуры спецификация для DTS

Распределенные системы измерения температуры обычно могут определять температуру на расстоянии 1 метр (называется пространственным разрешением), с точностью в пределах ± 1 ° C и разрешение измерения всего 0.01 °С. Однако, существует обратная зависимость между разрешением измерения, диапазон, и время выборки, где температурное разрешение уменьшается с увеличением диапазона и продлевает время, необходимое для получения конкретных данных измерений..

Распределенный температурный принцип измерения комбинационного рассеяния света

Оптоволокно изготовлено из легированного кварцевого стекла., и когда лазер передается по волокну, взаимодействия происходят между оптическими частицами (фотоны) и молекулярные электроны. На определенных частотах электромагнитного спектра (известные как группы Стокса и антистокса), рассеяние света (также известное как комбинационное рассеяние) встречается в оптических волокнах. Интенсивность так называемой антистоксовой полосы зависит от температуры., в то время как так называемая полоса Стокса на самом деле не зависит от температуры. Локальная температура оптических волокон определяется соотношением интенсивностей антистоксового и стоксова света..

Принципы измерения – Технологии OTDR и OFDR

Существует два основных принципа измерения для технологии распределенного зондирования.: оптический рефлектометр во временной области (рефлектометр) и оптический рефлектометр частотной области (ОФДР).

OTDR был разработан 20 лет назад и стал отраслевым стандартом измерения потерь в телекоммуникациях.. Принцип рефлектометра очень прост., аналогично измерению времени полета, используемому для радара. По сути, узкие лазерные импульсы, генерируемые полупроводниками или твердотельными лазерами, отправляются в волокна и анализируются на наличие обратно рассеянного света.. Начиная с момента возвращения обратнорассеянного света в блок детектирования., место температурного события можно определить.

Метод замены оценки DTS рефлектометра в частотной области со знаком единицы измерения (ОФДР). Система OFDR предоставляет информацию только о локальных характеристиках, а затем выполняет преобразование Фурье, когда сигнал обратного рассеяния, обнаруженный на протяжении всего времени измерения, измеряется сложным образом как функция частоты..

Подавляющее большинство доступных в настоящее время распределенных систем измерения температуры основано на технологии OTDR..

Преимущества системы DTS

Некоторые уникальные особенности распределенных систем измерения температуры включают в себя::

Отличная экономия за счет масштаба. Системным разработчикам/интеграторам не нужно беспокоиться о точном местоположении каждой точки измерения., поэтому стоимость проектирования и установки сенсорных систем на основе распределенное оптоволокно sensors is greatly reduced compared to traditional sensors.
Low maintenance and operational costs. The sensing cable has no moving parts and is designed with a lifespan of over 30 годы. The maintenance and operating costs are much lower than traditional sensors.
DTS sensing cables are not affected by electromagnetic interference or vibration
These sensors can be safely used in hazardous areas (laser power below the level that can cause ignition), making them an ideal choice for industrial sensing applications.
Design of fiber optic sensing cables

Fiber optic cables are essentially passive and do not have separate sensing points, so they can be manufactured based on standard telecommunications fibers and in many cases, упакован с использованием стандартных телекоммуникационных оптоволоконных кабелей.

В некоторых случаях, требуются специализированные оптические волокна, и аналогично, требуется специальная герметизация кабеля. Некоторые соображения при проектировании кабелей распределенного измерения температуры включают в себя::

Температура: Рабочая температура стандартных телекоммуникационных волоконно-оптических и кабельных материалов может достигать 100 °С. Вдобавок к этому, вам понадобятся специализированные материалы для стекла и кабеля. Например, нефтяных скважин обычно превышают 200 °С
Механическая защита: В зависимости от конкретной среды мониторинга, могут возникнуть сильные вибрации или возможные сдавливающие силы, что потребует дополнительных слоев кабеля для обеспечения защиты чувствительных оптических волокон.
Водородная защита: В определенных средах, может быть высокий уровень газообразного водорода, что может привести к деградации оптоволокна (или потемнение). Некоторую защиту можно обеспечить, используя водород для удаления геля. – но на более длительный срок, само специальное волокно с особыми свойствами (примеси) в сердцевине и оболочке волокна необходимо использовать.
Лазерная безопасность и работа системы

При эксплуатации систем на основе оптических измерений (например, оптический DTS), необходимо учитывать требования лазерной безопасности при стационарной установке. Во многих системах используются лазеры малой мощности., например, классифицируемые как уровень лазерной безопасности 1M, который может применяться кем угодно без необходимости наличия утвержденного персонала по лазерной безопасности. Некоторые системы основаны на мощных лазерах класса 3B., и хотя утвержденный персонал по лазерной безопасности может безопасно их использовать, они могут не подходить для постоянной установки.