Dağıtılmış Fiber Optik Sıcaklık Algılamanın Prensipleri ve Uygulamaları-INNO

Dağıtılmış Fiber Optik Sıcaklık Algılama (DTS) 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 (OTDR) 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

ışık kaynağı
Laser: High power pulsed lasers such as Nd: YAG lasers or Erbium doped fiber amplifier (EDFA) lasers are commonly used. Lazerin yaydığı darbeli ışık sinyali, fiber optik aracılığıyla ölçülen alana iletilir..
Fiber optik
Fiber algılama: optik sinyallerin iletilmesi ve sıcaklığa duyarlı bir bileşen olarak kullanılması için kullanılır. Ortak algılama fiberleri, tek modlu fiberleri ve çok modlu fiberleri içerir. Tek modlu fiber, düşük kaybı ve yüksek çözünürlüğü nedeniyle yaygın olarak kullanılmaktadır..
dedektör
Fotodedektör: optik fiberlerden geri saçılan Raman ışığını tespit etmek için kullanılır. Yaygın olarak kullanılan fotodetektörler arasında fotoçoğaltıcı tüpler bulunur (PMT) ve çığ fotodiyotları (APD).
sinyal işleme ünitesi
Veri toplama kartı: fotodetektörler tarafından çıkan elektrik sinyallerini toplamak ve bunları dijital sinyallere dönüştürmek için kullanılır.
Sinyal işlemcisi: Toplanan dijital sinyalleri işler ve sıcaklık bilgilerini çıkarır. Yaygın sinyal işleme algoritmaları Fourier dönüşümünü içerir, dalgacık dönüşümü, vesaire.
yazılım sistemi
Data analysis software: used to display and analyze temperature distribution data, sıcaklık eğrileri ve sıcaklık dağılım grafikleri oluşturun. Yazılım sistemleri genellikle veri depolama alanına sahiptir, alarm fonksiyonları, ve uzaktan izleme yetenekleri.
DTS sisteminin çalışma prensibi
Optik Zaman Alanı Reflektometri Prensibi (OTDR)
Lazer tarafından yayılan darbe ışık sinyali optik fiber boyunca yayılır, ve fiberde düzgün olmayan noktalarla veya uç yüzlerle karşılaştığında, geri saçılan ışık üretecektir. Geri saçılan ışığın geri dönüş süresini ve yoğunluğunu ölçerek, optik sinyalin fiberdeki yayılma mesafesi ve konumu belirlenebilir.
Raman saçılması
Optik sinyaller optik fiberlerde yayıldığında, çeşitli saçılma türleri meydana gelir, Rayleigh saçılması dahil, Brillouin saçılması, ve Raman saçılması. Raman saçılım ışığının yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır. Raman saçılımı Stokes saçılımı ve Anti Stokes saçılımı olarak ikiye ayrılır.. Anti Stokes saçılım ışığının yoğunluğu sıcaklıkla birlikte artar, Stokes saçılım ışığının yoğunluğu sıcaklıkla önemli ölçüde değişmezken. Anti Stokes saçılım ışığının Stokes saçılım ışığına yoğunluk oranının ölçülmesiyle, Fiber boyunca her noktadaki sıcaklık hesaplanabilir.

2、DTS sisteminin uygulama senaryoları

Güç sistemi
Kablo sıcaklığı izleme: Yüksek gerilim kablolarında ve kablo kanallarında, DTS sistemi kabloların sıcaklık dağılımını gerçek zamanlı olarak izleyebilir, Aşırı ısınma sorunlarını zamanında tespit edin, kablo hasarını ve yangın kazalarını önleyin.
Trafo merkezi sıcaklığı izleme: Trafo merkezinde, the DTS system can monitor the temperature of equipment such as transformers and switchgear to ensure the safe operation of the equipment.
Oil and gas industry
Oil pipeline monitoring: In long-distance oil pipelines, 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.
Tünel sıcaklığı izleme: Tünellerde, DTS sistemleri, tünelin güvenli çalışmasını sağlamak için tünel içindeki sıcaklık dağılımını izleyebilir.
çevre koruma
Toprak sıcaklığı izleme: Tarımsal ve ekolojik araştırmalarda, DTS sistemleri toprak sıcaklığı dağılımını izleyebilir, tarımsal üretime yönelik rehberlik sağlamak, ve toprağın mikrobiyal aktivitesini ve besin dönüşümünü incelemek.
Su sıcaklığı izleme: Nehirlerde, göller, ve okyanuslar, DTS sistemleri su kütlelerinin sıcaklık dağılımını izleyebilir ve su ekosistemleri ile iklim değişikliğinin etkilerini inceleyebilir.
yangın güvenliği
Depo sıcaklığı izleme: Büyük depolarda, DTS sistemleri depo içindeki sıcaklık dağılımını izleyebilir, Yangın tehlikelerini zamanında tespit edin, ve yangın kazalarını önleyin.
Tünel yangını izleme: Tünellerde, DTS sistemleri tünel içindeki sıcaklık dağılımını gerçek zamanlı olarak izleyebilir, Yangınları zamanında tespit etmek, ve yangın koruma sistemini etkinleştirin.

3、DTS sisteminin avantajları

Uzun mesafe izleme: DTS sistemi onlarca kilometreye kadar sıcaklık takibi gerçekleştirebilir, büyük ölçekli için uygun, uzun mesafeli sıcaklık izleme senaryoları.
Yüksek çözünürlük: DTS sistemleri yüksek uzaysal çözünürlükte sıcaklık dağılım verileri sağlayabilir, genellikle birkaç metreye kadar veya daha kısa.
Gerçek zamanlı izleme: DTS sistemi gerçek zamanlı ve sürekli sıcaklık izleme olanağı sağlayabilir, ve sıcaklık anormalliklerini zamanında tespit edin.
Anti elektromanyetik girişim: Optik fiberler iyi anti elektromanyetik girişim özelliklerine sahiptir ve güçlü elektromanyetik ortamlarda sıcaklık izleme için uygundur.
Kolay kurulum: DTS sisteminin kurulumu ve bakımı nispeten basit ve uygun maliyetlidir.

4、DTS sisteminin sınırlamaları

Maliyet: İzleme mesafesinin artmasıyla DTS sisteminin birim maliyeti düşse de, ilk yatırım maliyeti hala nispeten yüksek.
Doğruluk sınırlaması: DTS sisteminin sıcaklık ölçüm doğruluğu çeşitli faktörlerden etkilenir, lif kalitesi gibi, çevre sıcaklığı değişiklikleri, dış müdahale, vesaire.
Karmaşık veri işleme: DTS sistemleri, büyük miktarda veriyi işlemek için karmaşık sinyal işleme algoritmalarına ve yüksek performanslı bilgisayar sistemlerine ihtiyaç duyar..
özet
The Dağıtılmış Fiber Optik Sıcaklık Algılama (DTS) system is an advanced temperature monitoring technology that utilizes the Raman scattering effect and optical time domain reflection principle of optical fibers to achieve continuous and real-time monitoring of temperature distribution over long distances and large ranges. DTS system has a wide range of applications in the fields of power system, oil and gas industry, construction and infrastructure, çevre koruma, yangın güvenliği, vesaire. It has advantages such as long-distance monitoring, high resolution, gerçek zamanlı izleme, anti elektromanyetik girişim, ve kolay kurulum. Fakat, DTS systems also have limitations such as high cost, accuracy limitations, and complex data processing.