Introducción al principio del sistema de detección de temperatura de fibra óptica distribuida

Sensor de temperatura de fibra óptica, Sistema de monitoreo inteligente, Fabricante de fibra óptica distribuida en China

Sistema de detección de temperatura distribuido (GTp) es un instrumento optoelectrónico de fibra óptica que mide la temperatura a lo largo de la longitud del cable de detección de fibra óptica. La característica única de un sistema de detección de temperatura distribuido es que proporciona una (o distribuidos) Distribución de la temperatura a lo largo del cable de detección, en lugar de puntos de detección discretos que deben estar predeterminados.

Cómo funcionan los sensores de temperatura de fibra óptica

El sistema DTS incluye un láser de pulso que envía pulsos de aproximadamente 1 m (equivalente a 10ns de tiempo) a la fibra. Cuando el pulso se propaga a lo largo de la fibra óptica, Interactúa con el vidrio. Debido a pequeños defectos en el vidrio, una pequeña cantidad de pulsos láser en bruto se reflejan de nuevo en el sistema de detección DTS. Mediante el análisis de la luz reflejada, DTS puede calcular la temperatura del evento (mediante el análisis de la potencia de la luz reflejada) y la ubicación del evento (midiendo el tiempo que tarda en volver la luz retrodispersada), Por lo general, en instrumentos.

Cable de detección de temperatura distribuido

Usualmente, La tecnología DTS utiliza cables de fibra óptica de telecomunicaciones estándar, y solo se requieren cables especializados o puntos de detección para mediciones cuando las temperaturas superan 100 ° C. Las fibras de detección generalmente se basan en fibras multimodo, Adecuado para distancias cortas (hasta 40km) y fibras monomodo, y apto para largas distancias (40-100Km).

Especificación de medición de temperatura de fibra óptica para DTS

Los sistemas de detección de temperatura distribuidos generalmente pueden ubicar temperaturas dentro de una distancia de 1 Metro (Lo que se conoce como resolución espacial), con una precisión dentro del rango de ± 1 ° C y una resolución de detección tan baja como 0.01 ° C. Sin embargo, Existe una relación inversa entre la resolución de la medición, gama, y tiempo de muestreo, donde la resolución de la temperatura disminuye con el rango y prolonga el tiempo necesario para obtener datos de medición específicos.

Principio de medición Raman de detección de temperatura distribuida

La fibra óptica está hecha de vidrio de cuarzo dopado, y cuando el láser se transmite en la fibra, Las interacciones se producen entre las partículas ópticas (Fotones) y electrones moleculares. A frecuencias específicas del espectro electromagnético (conocidos como las bandas Stokes y anti Stokes), Dispersión de la luz (también conocido como dispersión Raman) se produce en las fibras ópticas. La intensidad de la llamada banda anti Stokes depende de la temperatura, mientras que la llamada banda de Stokes es en realidad independiente de la temperatura. La temperatura local de las fibras ópticas proviene de la relación entre la intensidad de la luz anti Stokes y Stokes.

Principios de medición – Tecnologías OTDR y OFDR

Hay dos principios básicos de medición para la tecnología de detección distribuida: reflectómetro óptico en el dominio del tiempo (OTDR) y reflectómetro óptico en el dominio de la frecuencia (OFDR).

El OTDR se desarrolló a lo largo de 20 años atrás y se ha convertido en un estándar de la industria para la medición de pérdidas en telecomunicaciones. El principio de OTDR es muy simple, similar a la medición del tiempo de vuelo utilizada para el radar. Básicamente, Los pulsos láser estrechos generados por semiconductores o láseres de estado sólido se envían a las fibras y se analizan para detectar luz retrodispersada. A partir del momento en que la luz retrodispersada regresa a la unidad de detección, La ubicación del evento de temperatura se puede ubicar.

Un método para reemplazar la evaluación DTS del reflectómetro en el dominio de la frecuencia con signo unitario (OFDR). El sistema OFDR solo proporciona información sobre las características locales y luego realiza la transformada de Fourier cuando la señal retrodispersada detectada a lo largo del tiempo de medición se mide de manera compleja en función de la frecuencia.

La gran mayoría de los sistemas de detección de temperatura distribuida disponibles en la actualidad se basan en la tecnología OTDR.

Las ventajas del sistema DTS

Algunas características únicas de los sistemas de detección de temperatura distribuida incluyen:

Excelentes economías de escala. Los diseñadores/integradores de sistemas no tienen que preocuparse por la ubicación precisa de cada punto de detección, Por lo tanto, el costo de diseñar e instalar sistemas de detección basados en sensores de fibra óptica distribuidos se reduce considerablemente en comparación con los sensores tradicionales.
Bajos costos de mantenimiento y operación. El cable de detección no tiene partes móviles y está diseñado con una vida útil de más de 30 años. Los costos de mantenimiento y operación son mucho más bajos que los sensores tradicionales.
Los cables de detección DTS no se ven afectados por interferencias electromagnéticas o vibraciones
Estos sensores se pueden utilizar de forma segura en áreas peligrosas (potencia del láser por debajo del nivel que puede causar ignición), lo que los convierte en una opción ideal para aplicaciones de detección industrial.
Diseño de cables de detección de fibra óptica

Los cables de fibra óptica son esencialmente pasivos y no tienen puntos de detección separados, por lo que se pueden fabricar en base a fibras estándar de telecomunicaciones y en muchos casos, Empaquetado con cables de fibra óptica de telecomunicaciones estándar.

En algunos casos, Se requieren fibras ópticas especializadas, y de manera similar, Se requiere un encapsulado de cable especializado. Algunas consideraciones a la hora de diseñar cables de detección de temperatura distribuidos son:

Temperatura: La temperatura de trabajo de los materiales estándar de telecomunicaciones, fibra óptica y cable puede alcanzar hasta 100 ° C. Además de esto, Necesitará materiales especializados en vidrio y cables. Por ejemplo, Los pozos de petróleo suelen exceder 200 ° C
Protección mecánica: Dependiendo del entorno de supervisión específico, Puede haber altas vibraciones o posibles fuerzas de aplastamiento, lo que requerirá capas de cable adicionales para proporcionar protección para las fibras ópticas de detección
Protección del hidrógeno: En ciertos entornos, Puede haber altos niveles de gas hidrógeno, lo que puede causar la degradación de la fibra óptica (u oscurecimiento). Se puede proporcionar cierta protección mediante el uso de hidrógeno para eliminar el gel – pero por una duración más larga, La fibra especial en sí misma con propiedades especiales (Dopantes) en el núcleo y el revestimiento de la fibra se debe utilizar.
Seguridad láser y funcionamiento del sistema

Cuando se operan sistemas basados en medición óptica (como el DTS óptico), Es necesario tener en cuenta los requisitos de seguridad del láser para la instalación permanente. Muchos sistemas utilizan diseños de láser de baja potencia, como los clasificados como nivel de seguridad láser 1M, que puede ser aplicado por cualquier persona sin necesidad de personal de seguridad láser homologado. Algunos sistemas se basan en láseres de alta potencia con clasificación 3B, Y aunque el personal de seguridad láser aprobado puede usarlos de manera segura, Es posible que no sean adecuados para la instalación permanente.