Dağıtılmış Fiber Optik Sıcaklık Algılama Sistemi Prensibine Giriş-INNO

Dağıtılmış Sıcaklık Algılama Sistemi (DTS (DTS)) fiber optik algılama kablosunun uzunluğu boyunca sıcaklığı ölçen fiber optik optoelektronik bir cihazdır. Dağıtılmış sıcaklık algılama sisteminin benzersiz özelliği, sürekli bir sıcaklık sağlamasıdır. (veya dağıtılmış) algılama kablosunun uzunluğu boyunca sıcaklık dağılımı, önceden belirlenmesi gereken ayrık algılama noktaları yerine.

Fiber optik sıcaklık sensörleri nasıl çalışır?

DTS sistemi yaklaşık 1m darbe gönderen bir darbe lazeri içerir (10ns zamana eşdeğer) elyafa. Darbe optik fiberin uzunluğu boyunca yayıldığında, camla etkileşime giriyor. Camdaki küçük kusurlar nedeniyle, az miktarda ham lazer darbesi DTS algılama sistemine geri yansıtılır. Yansıyan ışığı analiz ederek, DTS olayın sıcaklığını hesaplayabilir (Yansıyan ışığın gücünü analiz ederek) ve olayın yeri (geri saçılan ışığın geri dönmesi için gereken süreyi ölçerek), tipik olarak enstrümanlarda.

Dağıtılmış sıcaklık algılama kablosu

Genelde, DTS teknolojisi standart telekomünikasyon fiber optik kablolarını kullanır, ve özel kablolar veya algılama noktaları yalnızca sıcaklıkların aşıldığı durumlarda ölçümler için gereklidir. 100 ° C. Algılayıcı fiberler genellikle çok modlu fiberlere dayanır, kısa mesafeler için uygun (40 km'ye kadar) ve tek modlu fiberler, ve uzun mesafeler için uygundur (40-100kilometre).

Fiber optik sıcaklık ölçümü DTS spesifikasyonu

Dağıtılmış sıcaklık algılama sistemleri tipik olarak sıcaklıkları belirli bir mesafeye yerleştirebilir. 1 metre (uzaysal çözünürlük olarak anılır), ± aralığında doğrulukla 1 ° C ve algılama çözünürlüğü kadar düşük 0.01 ° C. Fakat, ölçüm çözünürlüğü arasında ters bir ilişki vardır, menzil, ve örnekleme zamanı, sıcaklık çözünürlüğünün aralıkla birlikte azaldığı ve belirli ölçüm verilerinin elde edilmesi için gereken sürenin uzatıldığı durumlarda.

Dağıtılmış sıcaklık algılamalı Raman ölçüm prensibi

Fiber optik katkılı kuvars camdan yapılmıştır, ve lazer fiberde iletildiğinde, optik parçacıklar arasında etkileşimler meydana gelir (fotonlar) ve moleküler elektronlar. Elektromanyetik spektrumdaki belirli frekanslarda (Stokes ve anti Stokes grupları olarak bilinir), ışık saçılımı (Raman saçılması olarak da bilinir) optik fiberlerde meydana gelir. Anti Stokes bandı olarak adlandırılan bandın yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır, Stokes bandı olarak adlandırılan bant aslında sıcaklıktan bağımsızdır. Optik fiberlerin yerel sıcaklığı, anti Stokes ve Stokes ışık yoğunluğunun oranından gelir..

Ölçüm Prensipleri – OTDR ve OFDR Teknolojileri

Dağıtılmış algılama teknolojisi için iki temel ölçüm prensibi vardır: optik zaman alanlı reflektometre (OTDR (Türkçe)) ve optik frekans alanlı reflektometre (OFDR (İngilizce)).

OTDR geliştirildi 20 yıllar önce telekomünikasyon kaybı ölçümünde bir endüstri standardı haline geldi. OTDR'nin prensibi çok basittir, radar için kullanılan uçuş süresi ölçümüne benzer. Temel olarak, yarı iletkenler veya katı hal lazerleri tarafından üretilen dar lazer darbeleri fiberlere gönderilir ve geri saçılan ışık açısından analiz edilir. Geri saçılan ışığın algılama ünitesine geri döndüğü andan itibaren, sıcaklık olayının yeri belirlenebilir.

Birim imzalı frekans alanı reflektometresinin DTS değerlendirmesinin yerini alacak bir yöntem (OFDR (İngilizce)). OFDR sistemi yalnızca yerel özellikler hakkında bilgi sağlar ve ölçüm süresi boyunca tespit edilen geri saçılan sinyal, frekansın bir fonksiyonu olarak karmaşık bir şekilde ölçüldüğünde Fourier dönüşümünü gerçekleştirir..

Şu anda mevcut dağıtılmış sıcaklık algılama sistemlerinin büyük çoğunluğu OTDR teknolojisine dayanmaktadır..

DTS sisteminin avantajları

Dağıtılmış sıcaklık algılama sistemlerinin bazı benzersiz özellikleri şunları içerir::

Mükemmel ölçek ekonomisi. Sistem tasarımcılarının/entegratörlerinin her algılama noktasının kesin konumu konusunda endişelenmelerine gerek yok, dolayısıyla algılama sistemlerinin tasarlanması ve kurulmasının maliyeti Dağıtılmış Fiber Optik geleneksel sensörlere kıyasla sensörler büyük ölçüde azaltılmıştır.
Düşük bakım ve işletme maliyetleri. Algılama kablosunun hareketli parçası yoktur ve 1000 yıldan fazla kullanım ömrüne sahip olacak şekilde tasarlanmıştır. 30 Yıl. Bakım ve işletme maliyetleri geleneksel sensörlere göre çok daha düşüktür.
DTS algılama kabloları elektromanyetik girişim veya titreşimden etkilenmez
Bu sensörler tehlikeli alanlarda güvenle kullanılabilir (Lazer gücünün tutuşmaya neden olabilecek seviyenin altında olması), onları endüstriyel algılama uygulamaları için ideal bir seçim haline getiriyor.
Fiber optik algılama kablolarının tasarımı

Fiber optik kablolar esas itibarıyla pasiftir ve ayrı algılama noktalarına sahip değildir., böylece standart telekomünikasyon fiberlerine dayalı olarak üretilebilirler ve birçok durumda, standart telekomünikasyon fiber optik kabloları kullanılarak paketlenmiştir.

Bazı durumlarda, özel optik fiberler gereklidir, ve benzer şekilde, özel kablo kapsüllemesi gereklidir. Dağıtılmış sıcaklık algılama kablolarını tasarlarken dikkate alınması gereken bazı hususlar şunlardır::

Sıcaklık: Standart telekomünikasyon fiber optik ve kablo malzemelerinin çalışma sıcaklığı 100 ° C. Bunun üzerine, özel cam ve kablo malzemelerine ihtiyacınız olacak. Mesela, petrol kuyuları genellikle aşar 200 ° C
Mekanik koruma: Spesifik izleme ortamına bağlı olarak, yüksek titreşimler veya olası ezilme kuvvetleri olabilir, optik fiberleri algılamak için koruma sağlamak üzere ek kablo katmanları gerektirecektir
Hidrojen koruması: Belirli ortamlarda, yüksek düzeyde hidrojen gazı olabilir, fiber optik bozulmasına neden olabilir (veya kararma). Jeli çıkarmak için hidrojen kullanılarak bir miktar koruma sağlanabilir. – ama daha uzun bir süre için, özel özelliklere sahip özel elyafın kendisi (katkı maddeleri) fiberin çekirdeğinde ve kaplamasında kullanılmalıdır.
Lazer güvenliği ve sistem işletimi

Optik ölçüme dayalı sistemleri çalıştırırken (optik DTS gibi), kalıcı kurulum için lazer güvenliği gerekliliklerinin dikkate alınması gerekir. Birçok sistem düşük güçlü lazer tasarımları kullanır, lazer güvenlik seviyesi 1M olarak sınıflandırılanlar gibi, Onaylı lazer güvenlik personeline ihtiyaç duymadan herkes tarafından uygulanabilen. Bazı sistemler 3B dereceli yüksek güçlü lazerlere dayanmaktadır, ve onaylı lazer güvenliği personelinin bunları güvenle kullanabilmesine rağmen, kalıcı kurulum için uygun olmayabilirler.