Принципы и применение распределенного оптоволоконного измерения температуры-INNO

Распределенное оптоволоконное измерение температуры (ДТС) 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 (рефлектометр) 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

light source
Laser: High power pulsed lasers such as Nd: YAG lasers or Erbium doped fiber amplifier (EDFA) lasers are commonly used. Импульсный световой сигнал, излучаемый лазером, передается на измеряемую область по оптическому волокну..
Оптоволокно
Чувствительное волокно: используется для передачи оптических сигналов и служит в качестве термочувствительного компонента. К обычным чувствительным волокнам относятся одномодовые и многомодовые волокна.. Одномодовое волокно широко используется благодаря низким потерям и высокому разрешению..
детектор
Фотодетектор: используется для обнаружения обратно рассеянного комбинационного света, возвращающегося из оптических волокон. Обычно используемые фотодетекторы включают фотоумножители. (ПЛТ) и лавинные фотодиоды (АПД).
блок обработки сигналов
Карта сбора данных: используется для сбора электрических сигналов, выдаваемых фотодетекторами, и преобразования их в цифровые сигналы.
Сигнальный процессор: обрабатывает собранные цифровые сигналы и извлекает информацию о температуре. Общие алгоритмы обработки сигналов включают преобразование Фурье., вейвлет-преобразование, и т. д..
software system
Data analysis software: used to display and analyze temperature distribution data, generate temperature curves and temperature distribution graphs. Software systems typically have data storage, alarm functions, и возможности удаленного мониторинга.
The working principle of DTS system
Principle of Optical Time Domain Reflectometry (рефлектометр)
The pulse light signal emitted by the laser propagates along the optical fiber, and when it encounters uneven points or end faces in the fiber, it will produce backscattered light. By measuring the return time and intensity of backscattered light, the propagation distance and position of the optical signal in the fiber can be determined.
Комбинационное рассеяние
When optical signals propagate in optical fibers, various types of scattering occur, включая рэлеевское рассеяние, Бриллюэновское рассеяние, и комбинационное рассеяние. The intensity of Raman scattering light is temperature dependent. Raman scattering is divided into Stokes scattering and Anti Stokes scattering. The intensity of anti Stokes scattering light increases with temperature, while the intensity of Stokes scattering light does not change significantly with temperature. By measuring the intensity ratio of anti Stokes scattering light to Stokes scattering light, можно рассчитать температуру в каждой точке вдоль волокна.

2、Application scenarios of DTS system

Система питания
Контроль температуры кабеля: In high-voltage cables and cable trenches, DTS system can monitor the temperature distribution of cables in real time, detect overheating problems in a timely manner, and prevent cable damage and fire accidents.
Substation temperature monitoring: In the substation, система DTS может контролировать температуру оборудования, такого как трансформаторы и распределительные устройства, чтобы обеспечить безопасную работу оборудования..
Нефтяная и газовая промышленность
Мониторинг нефтепроводов: В магистральных нефтепроводах, система DTS может отслеживать распределение температуры трубопровода в режиме реального времени, своевременно обнаруживать места протечек и температурные аномалии, и предотвратить загрязнение окружающей среды и экономические потери.
Мониторинг температуры нефтяных скважин: В нефтяных скважинах, Системы DTS могут контролировать распределение температуры под землей., предоставление поддержки данных по добыче нефти.
Архитектура и инфраструктура
Мониторинг температуры моста: На больших мостах, Системы DTS могут контролировать распределение температуры тела моста., оценить состояние моста, и оперативно обнаруживать потенциальные угрозы безопасности.
Tunnel temperature monitoring: In tunnels, DTS systems can monitor the temperature distribution inside the tunnel to ensure its safe operation.
защита окружающей среды
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

Мониторинг на большом расстоянии: The DTS system can achieve temperature monitoring for up to tens of kilometers, suitable for large-scale, long-distance temperature monitoring scenarios.
High resolution: DTS systems can provide temperature distribution data with high spatial resolution, typically up to several meters or even shorter.
Мониторинг в реальном времени: The DTS system can achieve real-time and continuous temperature monitoring, and detect temperature anomalies in a timely manner.
Анти-электромагнитные помехи: Optical fibers have good anti electromagnetic interference capabilities and are suitable for temperature monitoring in strong electromagnetic environments.
Простая установка: The installation and maintenance of DTS system are relatively simple and cost-effective.

4、Limitations of DTS system

Расходы: Although the unit cost of DTS system decreases with the increase of monitoring distance, the initial investment cost is still relatively high.
Accuracy limitation: The temperature measurement accuracy of DTS system is affected by various factors, such as fiber quality, environmental temperature changes, external interference, и т. д..
Complex data processing: DTS systems require complex signal processing algorithms and high-performance computer systems to process large amounts of data.
summary
The Распределенное оптоволоконное измерение температуры (ДТС) Система представляет собой передовую технологию мониторинга температуры, которая использует эффект комбинационного рассеяния света и принцип оптического отражения во временной области оптических волокон для достижения непрерывного мониторинга распределения температуры в реальном времени на больших расстояниях и в больших диапазонах.. Система DTS имеет широкий спектр применения в области энергосистем., нефтегазовая промышленность, строительство и инфраструктура, защита окружающей среды, fire safety, и т. д.. Он имеет такие преимущества, как мониторинг на большом расстоянии., высокое разрешение, мониторинг в реальном времени, анти-электромагнитные помехи, и простая установка. Однако, Системы DTS также имеют ограничения, такие как высокая стоимость., ограничения точности, и сложная обработка данных.