Teplotní senzory s optickými vlákny INNO ,Systémy monitorování teploty.
Technologie distribuovaného snímání optických vláken zahrnuje několik typů, každý s jedinečnými výhodami a vhodný pro různé scénáře použití. Následuje stručné představení a výhody tří distribuovaných systémů optických vláken: DTS (teplota), DVS (vibrace), a DAS (akustický):
Výhody typu
DTS (Distribuovaný systém měření teploty z optických vláken): Skutečný čas, kontinuální distribuované měření, vynikající stabilita, elektromagnetická izolace, jiskrová bezpečnost.
DVS (Distribuovaný systém rušení vláken): Vícebodové polohování vibračních poloh s přesností přibližně 5 metry, Vhodné pro aplikace zabezpečení a prevence narušení.
DAS (Distribuovaný akustický vibrační systém s optickými vlákny): S vysokou přesností polohování, Dokáže současně detekovat více vibračních událostí a je vhodný pro oblasti jako je bezpečná komunikace a zabezpečení fyzického směrování sítě.
1、 Typy distribuovaná optická vlákna
1.1 Klasifikace distribuce indexu lomu na základě profilu vláken
Optické vlákno s krokovým indexem: Index lomu jeho jádra a pláště se mění krok za krokem. U tohoto typu optického vlákna, světlo podléhá úplnému odrazu na rozhraní mezi jádrem a pláštěm, a šíří se podél jádra. Například, v nějaké krátké vzdálenosti, vysoce nákladné aplikace snímání optických vláken, Vlákna s krokovým indexem mohou být použita, protože jejich výrobní proces je relativně jednoduchý a náklady jsou nízké.
Gradientní optické vlákno: Index lomu jádra vlákna postupně klesá od středu k okraji. Tento typ vlákna může snížit disperzi mezi módy u multimódových vláken, stabilnější přenos optických signálů ve vlákně. V některých raných vícerežimových komunikačních systémech s optickými vlákny, Gradientní optická vlákna hrála důležitou roli při zlepšování přenosové šířky pásma a zvyšování přenosové vzdálenosti, například při rané výstavbě některých kampusových sítí.
1.2 Klasifikace podle počtu režimů přenosu z optických vláken
Vícevidové vlákno: Vlákno, které dokáže přenášet stovky až tisíce režimů. Průměr jádra multimódových optických vláken je poměrně velký, obecně v rozmezí od 50 μ m až 62.5 μ m. Díky své schopnosti přenášet více režimů, Světlo různých režimů se v optických vláknech šíří různou rychlostí, což má za následek rozdíly ve zpoždění mezi režimy, které omezují jeho přenosovou šířku pásma a vzdálenost. Nicméně, Vícevidová optická vlákna mají vysokou účinnost vazby a jsou široce používána při přenosu na krátké vzdálenosti, jako je místní síťové vedení uvnitř budov. Například, v některých kancelářských budovách, Spojení mezi počítači může používat vícevidová optická vlákna, protože může splnit potřeby přenosu dat na krátké vzdálenosti a připojovací zařízení je relativně jednoduché.
Jednovidové vlákno: vlákno, které může přenášet pouze jeden režim (Základní režim), bez rozdílu zpoždění mezi režimy, a má mnohem větší šířku pásma než multimode fiber. Průměr jeho módového pole je jen několik mikrometrů, vhodné pro vysokou kapacitu, komunikace na dálku. Jednovidové optické vlákno je preferovanou volbou pro scénáře, které vyžadují přenos na dlouhé vzdálenosti a velkou šířku pásma, jako jsou dálková komunikační vedení a podmořské kabely. Například, Podmořské komunikační kabely překlenující oceány mohou zajistit stabilní a vysokorychlostní přenos dat na tisíce kilometrů pomocí jednovidových optických vláken.
1.3 Klasifikace podle mezinárodních norem (klasifikace podle doporučení ITU-T)
G. 651 vlákno (50/125 μ m vícevidové vlákno s gradientním indexem lomu): Tento typ vlákna je multimódové gradientní vlákno s průměrem jádra 50 μ m a průměru pláště 125 μ m. V rané výstavbě komunikačních sítí z optických vláken, Optické kabely G.651 se běžně používaly na krátké vzdálenosti, středně pomalý přenos dat, například kabeláž pro některé podnikové interní sítě nebo malé kancelářské sítě.
G. 652 vlákno (nedisperzní posuvné vlákno): Jedná se o single-mode vlákno s nulovou disperzní charakteristikou blízko vlnové délky 1310nm, a je v současnosti jedním z nejpoužívanějších vláken. Je široce používán při stavbě různých komunikačních sítí, jako jsou místní sítě, Metropolitní sítě, a dálkových dálkových sítí, a může splnit potřeby přenosu různých rychlostí a vzdáleností.
G. 653 vlákno (disperzní posuvné vlákno DSF): Díky speciální konstrukci, Nulový rozptylový bod se posune z 1310 nm na přibližně 1550 nm vlnové délky. Na vlnové délce 1550 nm, Má vlastnosti nízké ztráty a nulového rozptylu, díky tomu je vhodný pro vysokorychlostní, Dálkové jednokanálové přenosové systémy. Nicméně, kvůli omezením nelineárních efektů, jako je míchání čtyř vln, Jeho rozsah použití je poměrně úzký.
G. 654 vlákno (Vlákno s posunutou vlnovou délkou): Jeho charakteristikou je dlouhá mezní vlnová délka, s extrémně nízkým koeficientem útlumu na vlnové délce 1550 nm. Tento typ optického kabelu se používá hlavně na dlouhé vzdálenosti, bezrelové podmořské kabelové komunikační systémy nebo speciální komunikační scénáře s extrémně vysokými požadavky na útlum.
G. 655 vlákno (Vlákno s posuvným vláknem s nenulovou disperzí): Má určitou disperzi blízkou vlnové délce 1550 nm, který dokáže potlačit nelineární efekty, jako je míchání čtyř vln a využít nízkoztrátové okno pásma 1550 nm pro přenos na dlouhé vzdálenosti. Široce používané ve vysoké kapacitě, Dálkové komunikační sítě z optických vláken, jako je vlnový multiplex (WDM) systémy.
1.4 Klasifikace podle norem IEC
Multimódové vlákno třídy A
A1a multimódové vlákno (50/125 μ m multimódové vlákno): Podobně jako vlákno G.651 v ITU-T, Jedná se o běžně používané multimódové vlákno, které je široce používáno na krátkou vzdálenost, scénáře přenosu dat nízkou až střední rychlostí, jako jsou vnitřní rozvody v některých kampusových sítích.
A1b multimódové vlákno (62.5/125 μ m multimódové vlákno): Je to také multimódové vlákno, který byl široce používán v rané síťové kabeláži. Nicméně, s rozvojem technologií, Postupně byla částečně nahrazena 50/125 μ m multimódové vlákno.
A1d multimódové vlákno (100/140 μ m multimódové vlákno): Tento typ vícevidového vlákna je relativně tlustý a může být použit v některých speciálních scénářích přenosu na krátkou vzdálenost s nízkými požadavky na spojku.
Jednovidové vlákno třídy B
B1.1 odpovídá optickému vláknu G652: zdědil vlastnosti optického vlákna G.652, Je široce používán v komunikačních sítích a může splňovat požadavky na přenos různých rychlostí a vzdáleností.
B1.2 odpovídá vláknu G654: vlastnostmi podobné vláknu G.654, vhodné pro dlouhé vzdálenosti, scénáře komunikace s nízkým útlumem.
vlákno B2 odpovídá vláknu G.653: má vlastnosti vlákna G.653 a je vhodný pro konkrétní jednokanálové vysokorychlostní, Dálkové přenosové systémy.
vlákno B4 odpovídá vláknu G.655: Má vlastnosti vlákna G.655 a je široce používán ve vysoké kapacitě, Dálkové komunikační sítě, jako jsou systémy vlnových multiplexů.
Klasifikováno podle materiálu optického vlákna
Křemenné vlákno: obecně označuje vlákno složené z dopovaného křemenného jádra a dopovaného křemenného povlaku. Křemenné optické vlákno má výhody nízké ztráty, vysoká pevnost, a dobrou chemickou stabilitu, a je v současné době nejrozšířenějším typem optického vlákna v oblasti komunikace. Křemenné vlákno dominuje aplikacím, jako je komunikace na dlouhé vzdálenosti, Místní sítě, a snímání optických vláken.
Všechna plastová optická vlákna: Jádro a plášť všech plastových optických vláken jsou vyrobeny z plastových materiálů. Tento typ optického kabelu má dobrou flexibilitu a nízkou cenu, ale relativně vysoké ztráty a krátká přenosová vzdálenost. Používá se hlavně v některých scénářích komunikace na krátkou vzdálenost, které nevyžadují velkou přenosovou vzdálenost a jsou citlivé na náklady, jako jsou komunikační vedení uvnitř automobilů a přenos řídicích signálů na krátkou vzdálenost v průmyslové automatizaci.
1.5 Klasifikace podle pracovní vlnové délky
UV vlákno: vlákno s pracovní vlnovou délkou v ultrafialovém pásmu. UV vlákno má uplatnění v některých speciálních vědeckých výzkumech, Lékařské vybavení (jako je UV fototerapeutické zařízení), Technologie fotolitografie, a další obory. Díky vysoké energii ultrafialového světla, Ultrafialová optická vlákna vyžadují speciální materiály a výrobní procesy, aby byl zajištěn jejich přenosový výkon a stabilita vůči ultrafialovému světlu.
Pozorovatelné vlákno (pravděpodobně kvůli chybě v popisu viditelného světelného vlákna): Pokud se odkazuje na viditelné světelné vlákno, jeho pracovní vlnová délka je v pásmu viditelného světla. Tento typ optického kabelu lze použít v některých speciálních osvětlovacích systémech, senzory s optickými vlákny (jako jsou senzory intenzity viditelného světla), a uměleckých výstav.
Blízké infračervené vlákno: vlákno s pracovní vlnovou délkou v blízkém infračerveném pásmu. Blízké infračervené pásmo má velký význam v komunikaci z optických vláken. Mnoho komunikačních systémů z optických vláken pracuje v blízkém infračerveném pásmu (například 1310 nm a 1550 nm) protože ztráta vlákna je v tomto pásmu nízká a lze dosáhnout přenosu na velké vzdálenosti.
Infračervená optická vlákna: Optické vlákno, které pracuje v infračerveném pásmu. Infračervené vlákno má aplikace v některých oblastech, jako je infračervená spektroskopie, analýza a infračervené termální zobrazování. Například, Infračervené zařízení pro noční vidění ve vojenském a infračerveném zařízení pro detekci teploty v průmyslu mohou používat infračervená optická vlákna k přenosu infračervených signálů.
2、 Výhody DTS teploty
2.1 Rozsah měření a prostorové umístění
Velkoplošné prostorové měření: DTS (Distribuovaná optická vlákna Systém snímání teploty) může dosáhnout distribuovaného měření teploty v reálném čase ve velkém rozsahu prostoru, s dlouhou měřicí vzdáleností a bez slepých míst měření. Například, při monitorování teploty velké infrastruktury, jako jsou tunely a metro, celá oblast může být monitorována po optických linkách, bez nutnosti instalace senzoru na každém monitorovacím bodě jako tradiční bodové senzory, výrazné snížení počtu čidel a nákladů na instalaci.
Přesné prostorové polohování: schopný současně dosáhnout funkcí měření teploty a prostorového polohování. Využívá optickou reflektometrii v časové oblasti (OTDR) technologie pro přesné určení místa teplotních anomálií. V energetickém systému, Pokud dojde k lokálnímu přehřátí kabelu, DTS dokáže přesně lokalizovat místo bodu přehřátí na úroveň měřiče nebo dokonce na vyšší úroveň, což je klíčové pro včasné odhalení potenciálních poruch a zajištění bezpečného provozu elektrizační soustavy.
2.2 Stabilita a odolnost
Stabilita samotného vlákna: Když je síla snímacího vlákna systému měření teploty DTS dostatečná, Snadno se nepoškodí. Ve srovnání s tradičními bodovými senzory, má lepší stabilitu. Například, v některých drsných průmyslových prostředích, jako jsou petrochemické závody, uhelné doly, atd., Tradiční bodové snímače teploty se mohou snadno poškodit v důsledku koroze, vibrace, srážka, atd., zatímco senzory s optickými vlákny DTS mohou v těchto prostředích pracovat stabilně po dlouhou dobu.
Dlouhodobá spolehlivost: Vzhledem k chemické stabilitě a fyzikálním vlastnostem optických vláken, Systémy DTS mají vysokou dlouhodobou spolehlivost. V projektech, které vyžadují dlouhodobé stabilní monitorování, jako je monitorování teploty přehrady, Systém DTS dokáže přesně měřit změny teploty po mnoho let, Poskytování spolehlivé datové podpory pro hodnocení bezpečnosti přehrad.
2.3 Funkční rozmanitost a přizpůsobivost
Přizpůsobte se různým prostředím: Použitím různých vnějších ochranných vrstev z optických vláken, Dokáže se přizpůsobit různým prostředím měření extrémních teplot. DTS může účinně monitorovat teplotu v prostředích, jako jsou vysokoteplotní ropné vrty, nízkoteplotní polární zařízení, a podzemní potrubní štoly s vysokou vlhkostí.
Nastavení multifunkčního alarmu: Lze nastavit různé alarmy bodu snímání teploty, a různé teploty alarmu lze nastavit podle potřeb uživatele. Alarmový systém může také uspořádat různé rozdělení oblasti na základě aktuální situace okolního prostředí. Z hlediska požární výstrahy, Různé oblasti mohou nastavit různé prahové hodnoty alarmu podle stupně požárního nebezpečí, jako je nastavení různých teplot alarmu v hořlavém skladovacím prostoru a průchozí oblasti skladu, aby se zlepšila přesnost a účinnost varování.
<4>2.4 Integrace s dalšími systémy
: Systém DTS lze kombinovat s pokročilými algoritmy inteligentního posuzování požárních alarmů pro dosažení online monitorování celého snímacího vlákna v reálném čase, a lze jej bez problémů propojit s dalšími protipožárními systémy (jako je standardní vybavení, jako jsou požární hlásiče a relé). V systému požární ochrany budov, DTS může sloužit jako důležitý subsystém monitorování teploty, Pracuje ve spojení s požárními poplachovými systémy, hasicí systémy, atd., zvyšovat účinnost celého systému požární ochrany.
3、 Výhody DVS vibratio
3.1 Aspekt výkonu měření
Získávání bohatých informací o vibracích: DVS (Distribuovaný systém monitorování vibrací z optických vláken) může poskytnout bohaté informace o vibracích, včetně pozice, velikost, frekvence, směr, atd. vibrací. Je to proto, že používá jediné optické vlákno k současnému monitorování vibrací a přenosu signálů, a může distribuovat vláknové Braggovy mřížkové senzory kolem struktury, kterou je třeba monitorovat, aby bylo dosaženo vícebodového, Distribuované monitorování. Například, při monitorování zdravotního stavu mostů, systém DVS může v reálném čase získávat informace o vibracích různých částí mostu. Analýzou těchto informací, Lze určit stav konstrukce mostu, například zda došlo ke strukturálnímu poškození, únava, a další problémy.
Vysoká přesnost polohování: Má výhodu přesného polohování. Jeho přesnost polohování může dosáhnout určité úrovně (jako je přesnost polohování až 5 měřičů v některých systémech), a dokáže přesně určit místo, kde dochází k vibracím. Při monitoringu dálkových plynovodů, pokud jsou neobvyklé podmínky, jako je vrtání a krádež oleje, geologické katastrofy, atd. vyskytují se podél potrubí, způsobující vibrace, systém DVS dokáže přesně určit polohu abnormálního bodu, aby zaměstnanci mohli pohodlně přijímat včasná opatření k opravám a prevenci.
Z hlediska bezpečnosti a spolehlivosti
3.2 Jiskrově bezpečnostní charakteristiky
Technologie snímání z optických vláken využívá světelné vlny jako nosiče a optická vlákna jako médium. Ve srovnání s tradičními elektrickými senzory, Systém DVS má vlastní bezpečnostní vlastnosti. V některých hořlavých a výbušných prostředích (například kolem výrobních zařízení v ropném a petrochemickém průmyslu), použití DVS pro monitorování vibrací nevytváří bezpečnostní rizika, jako jsou elektrické jiskry, zajištění bezpečného provozu výrobních zařízení.
Silná odolnost proti rušení: Systém DVS má silnou odolnost proti rušení proti elektromagnetickému rušení. V blízkosti energetických zařízení nebo průmyslového prostředí se silným elektromagnetickým rušením, Tradiční senzory vibrací mohou být ovlivněny elektromagnetickým rušením a ovlivnit výsledky měření, zatímco systémy DVS mohou pracovat stabilně a přesně sledovat informace o vibracích.
3.3 Aspekty instalace a aplikace
Snadná a pohodlná instalace: Monitorování lze dosáhnout položením detekčního optického kabelu do stejného výkopu nebo paralelně podél potrubí, a proces instalace je poměrně jednoduchý. Při monitorování a vyšetřování komunikačních zdrojů, jednoduše položte optické vlákno podél komunikační linky a pomocí systému DVS monitorujte vibrace komunikační linky, bez nutnosti složitého instalačního zařízení a procesů.
Vhodné pro různé oblasti použití: Může být široce používán na důležitých místech, aby se zabránilo vniknutí, Důležitá technická technika, která zabraňuje poškození, důležité prostředky pro prevenci krádeží, včasné varování před nebezpečnými událostmi, Monitorování a řešení problémů komunikačních prostředků, a další obory. Monitorování bezpečnosti přehrad, systém DVS dokáže monitorovat vibrace přehrady při nárazu vodního proudu, zemětřesení, a další situace, a včas detekovat potenciální bezpečnostní rizika; DVS lze použít k prevenci bezpečnostních hrozeb, jako je nezákonné vniknutí do okolí důležitých vojenských objektů.
4、 Výhody zvukových vln DAS
4.1 Charakteristiky měření
Širokopásmové husté vzorkování: DAS (Distribuované akustické snímání) Může hustě vzorkovat seismické vlnové pole v širokém frekvenčním pásmu. Například, v geofyzikálním průzkumu, DAS může získat bohaté informace o seismických vlnách pro detekci podzemních staveb. Analýzou těchto informací, Geologická struktura a stratigrafické rozložení podzemí lze přesněji odvodit.
Dokáže detekovat více signálů zvukových vln: Dokáže detekovat signály zvukových vln v reálném čase kolem optického kabelu v libovolné poloze (až 40kHz). Při monitorování procesu akustických vibrací při štěpení ropy a břidlicového plynu, akustické signály generované během procesu štěpení lze sledovat v reálném čase, čímž se zlepšuje účinnost štěpení a odezva formace; V uhelných dolech, Jsou slyšet zvuky jako padající kameny, Narážení na zdi, Lidé chodí pěšky, a mluvit nahlas, poskytování důležitých spolehlivých informací pro záchrannou službu.
4.2 Přizpůsobivost prostředí a aspekty proti rušení
Odolný vůči drsnému prostředí, jako je vysoká teplota a vysoký tlak: V některých speciálních průmyslových prostředích nebo podzemních detekčních scénářích, jako jsou ropné vrty, V podzemí je za normálních podmínek extrémní ticho, Prostředí je ale drsné. Systémy DAS mohou normálně pracovat v náročných podmínkách, jako je vysoká teplota a vysoký tlak, a monitorovat akustické vibrace v reálném čase na jakékoli pozici pod zemí, aby bylo možné sledovat, zda nedochází k netěsnostem pláště, Rozvrstvení oleje a vody, a další geologické strukturální změny se odehrávají v podzemí.
Silná odolnost proti rušení: Díky svému principu snímání založenému na optických vlastnostech optických vláken, není k dispozici žádný elektrický signál, má tedy silnou schopnost proti rušení. V průmyslovém prostředí v blízkosti energetických zařízení nebo se silným elektromagnetickým rušením, Systémy DAS mohou stabilně provádět akustický monitoring, aniž by byly ovlivněny elektromagnetickým rušením.
4.3 Aspekty více funkcí
Současné měření více fyzikálních veličin: Systémy DAS mohou měřit nejen akustické signály, ale současně také měřit fyzikální veličiny jako je akustika, teplota, tlak, kmen, a hluk pórů. V oblasti potrubní přepravy zdrojů jako je voda, olej, a zemní plyn, Systémy DAS mohou přesněji určit, zda došlo k úniku z potrubí, a také místa a stupně úniku, sledováním změn různých fyzikálních veličin, jako jsou zvukové vlny, teplota, a napětí.
Monitorování stavu zařízení a diagnostika poruch: Může přímo analyzovat opotřebení, Frekvence vibrací, provozní rychlost, a mazání zařízení, dále předvídat možné situace, a rozhodujte se. V bezobslužných továrnách, Elektrárny, jaderné elektrárny, lodě, Ponorky, a další místa, Systémy DAS mohou současně monitorovat zvuk stovek motorů, pumpy, převodovky, a ložiskových skříní. Prostřednictvím analýzy umělé inteligence, provozní výkonnost, rychlost, nedostatek oleje, lze určit opotřebení každého zařízení, a případné poruchy zařízení mohou být včas detekovány pro zajištění bezpečného provozu zařízení.
Teplotní senzor s optickými vlákny, Inteligentní monitorovací systém, Výrobce distribuovaných optických vláken v Číně
 |
 |
|
