Sissejuhatus jaotatud kiudoptilise temperatuurianduri süsteemi põhimõttesse

Jaotatud temperatuuriandurite süsteem (DTS) on kiudoptiline optoelektrooniline instrument, mis mõõdab temperatuuri piki kiudoptilise anduri kaablit. Jaotatud temperatuuriandurisüsteemi ainulaadne omadus on see, et see tagab pideva (või jaotatakse) temperatuuri jaotus andurikaabli pikkuses, diskreetsete andurite asemel, mis peavad olema eelnevalt kindlaks määratud.

Kuidas kiudoptilised temperatuuriandurid töötavad

DTS-süsteem sisaldab impulsslaserit, mis saadab umbes 1m impulsse (võrdub 10ns ajaga) kiu juurde. Kui impulss levib piki optilise kiu pikkust, See suhtleb klaasiga. Klaasi väikeste defektide tõttu, väike kogus tooreid laserimpulsse peegeldub tagasi DTS-andurisüsteemi. Analüüsides peegeldunud valgust, DTS suudab arvutada sündmuse temperatuuri (analüüsides peegeldunud valguse võimsust) ja sündmuse toimumiskoht (mõõtes aega, mis kulub vastuvoolu valguse naasmiseks), tavaliselt instrumentides.

Jaotatud temperatuurianduri kaabel

Tavaliselt, DTS-tehnoloogia kasutab standardseid telekommunikatsiooni kiudoptilisi kaableid, ja spetsiaalsed kaablid või anduripunktid on vajalikud ainult mõõtmiseks, kui temperatuur ületab 100 ° C. Tundlikud kiud põhinevad tavaliselt mitmemoodilistel kiududel, sobib lühikesteks vahemaadeks (kuni 40km) ja üherežiimilised kiud, ja sobib pikkade vahemaade jaoks (40-100km).

Fiber optic temperature measurement specification for DTS

Jaotatud temperatuuriandurid suudavad tavaliselt leida temperatuure üksteisest kaugemal 1 meeter (nimetatakse ruumiliseks resolutsiooniks), täpsusega vahemikus ± 1 ° C ja andurite eraldusvõime nii madal kui 0.01 ° C. Kuid, mõõtmise eraldusvõime vahel on pöördvõrdeline seos, Vahemik, ja proovide võtmise aeg, kus temperatuuri eraldusvõime väheneb koos vahemikuga ja pikendab konkreetsete mõõtmisandmete saamiseks kuluvat aega.

Jaotatud temperatuuriandur Raman mõõtmise põhimõte

Kiudoptiline on valmistatud dopeeritud kvartsklaasist, ja kui laser edastatakse kius, optiliste osakeste vahel toimub koostoime (footonid) ja molekulaarsed elektronid. Elektromagnetilise spektri konkreetsetel sagedustel (tuntud kui Stokesi ja Anti Stokesi ansamblid), valguse hajumine (tuntud ka kui Ramani hajumine) esineb optilistes kiududes. Niinimetatud anti Stokesi riba intensiivsus sõltub temperatuurist, samas kui nn Stokesi bänd on tegelikult temperatuurist sõltumatu. Optiliste kiudude kohalik temperatuur tuleneb Anti Stokesi ja Stokesi valgustugevuse suhtest.

Mõõtmise põhimõtted – OTDR ja OFDR tehnoloogiad

Hajutatud anduritehnoloogial on kaks peamist mõõtmispõhimõtet: optiline aegdomeeni reflektomeeter (OTDR) ja optilise sageduse domeeni reflektomeetrit (OFDR).

OTDR töötati välja üle 20 aastat tagasi ja sellest on saanud telekommunikatsioonikadude mõõtmise tööstusstandard. OTDR-i põhimõte on väga lihtne, sarnaselt radari jaoks kasutatava lennuaja mõõtmisega. Põhimõtteliselt, pooljuhtide või tahkislaserite tekitatud kitsad laserimpulsid saadetakse kiududesse ja analüüsitakse tagasilöögivalguse suhtes. Alates hetkest, mil tagasipeegelvalgus naaseb tuvastusseadmesse, temperatuurisündmuse asukoht võib olla.

Meetod DTS-i hindamise asendamiseks ühiku allkirjastatud sagedusdomeeni reflektomeetril (OFDR). OFDR-süsteem annab teavet ainult kohalike omaduste kohta ja teostab seejärel Fourier' teisenduse, kui kogu mõõtmisaja jooksul tuvastatud tagasilöögisignaali mõõdetakse kompleksselt sageduse funktsioonina.

Valdav enamus praegu kättesaadavatest hajutatud temperatuuriandurisüsteemidest põhineb OTDR-tehnoloogial.

DTS-süsteemi eelised

Mõned hajutatud temperatuuriandurite ainulaadsed omadused on järgmised::

Suurepärane mastaabisääst. Süsteemi projekteerijad/integraatorid ei pea muretsema iga anduripunkti täpse asukoha pärast, so the cost of designing and installing sensing systems based on distributed fiber optic sensors is greatly reduced compared to traditional sensors.
Madalad hooldus- ja tegevuskulud. Sensorkaablil ei ole liikuvaid osi ja see on konstrueeritud nii, et selle eluiga on üle 30 Aastat. Hooldus- ja tegevuskulud on palju madalamad kui traditsioonilistel anduritel.
DTS-sensorkaableid ei mõjuta elektromagnetilised häired ega vibratsioon
Neid andureid saab ohutult kasutada ohtlikes piirkondades (laseri võimsus alla taseme, mis võib põhjustada süttimist), muutes need ideaalseks valikuks tööstuslike andurite jaoks.
Kiudoptiliste andurite disain

Fiiberoptilised kaablid on sisuliselt passiivsed ja neil ei ole eraldi anduripunkte, nii et neid saab toota standardsete telekommunikatsioonikiudude põhjal ja paljudel juhtudel, Pakendatud standardsete telekommunikatsiooni kiudoptiliste kaablite abil.

Mõnel juhul, Vaja on spetsiaalseid optilisi kiude, ja sarnaselt, vajalik on spetsiaalne kaabli kapseldamine. Mõned kaalutlused jaotatud temperatuuriandurite kaablite projekteerimisel on järgmised::

Temperatuur: Standardsete telekommunikatsiooni-, kiudoptiliste ja kaablimaterjalide töötemperatuur võib ulatuda kuni 100 ° C. Lisaks sellele, Teil on vaja spetsiaalseid klaas- ja kaablimaterjale. Näiteks, õlikaevud ületavad tavaliselt 200 ° C
Mehaaniline kaitse: Sõltuvalt konkreetsest seirekeskkonnast, võib esineda suurt vibratsiooni või võimalikke muljumisjõude, mis vajab täiendavaid kaablikihte, et kaitsta optilisi kiude
Vesiniku kaitse: Teatud keskkondades, Vesinikgaasi tase võib olla kõrge, mis võib põhjustada kiudoptilist lagunemist (või tumenemine). Mõningast kaitset saab pakkuda vesiniku abil geeli eemaldamiseks – kuid pikemaks ajaks, eriline kiud ise, millel on erilised omadused (Dopantid) südamikus ja kiu kattekihis tuleb kasutada.
Laseri ohutus ja süsteemi töö

Optilistel mõõtmistel põhinevate süsteemide kasutamisel (näiteks optiline DTS), püsipaigaldise puhul on vaja arvestada laserohutuse nõuetega. Paljud süsteemid kasutavad väikese võimsusega laserkujundusi, näiteks need, mis on klassifitseeritud laserohutuse tasemeks 1M, mida saab rakendada igaüks, ilma et oleks vaja sertifitseeritud laserohutustöötajaid. Mõned süsteemid põhinevad suure võimsusega laseritel, mille nimiväärtus on 3B, ja kuigi heakskiidetud laserohutustöötajad saavad neid ohutult kasutada, need ei pruugi sobida alaliseks paigaldamiseks.

Kiudoptiline temperatuuriandur, Intelligentne seiresüsteem, Jaotatud kiudoptiline tootja Hiinas