Introduction au principe du système de détection de température à fibre optique distribuée

Système de détection de température distribué (L') est un instrument optoélectronique à fibre optique qui mesure la température sur toute la longueur du câble de détection à fibre optique. La caractéristique unique d’un système de détection de température distribuée est qu’il fournit une (ou distribué) Répartition de la température sur toute la longueur du câble de détection, plutôt que des points de détection discrets qui doivent être prédéterminés.

Comment fonctionnent les capteurs de température à fibre optique

Le système DTS comprend un laser à impulsions qui envoie des impulsions d’environ 1 m (équivalent à 10 ns de temps) à la fibre. Lorsque l’impulsion se propage sur toute la longueur de la fibre optique, Il interagit avec le verre. En raison de petits défauts dans le verre, une petite quantité d’impulsions laser brutes est réfléchie dans le système de détection DTS. En analysant la lumière réfléchie, DTS peut calculer la température de l’événement (en analysant la puissance de la lumière réfléchie) et le lieu de l’événement (en mesurant le temps nécessaire pour que la lumière rétrodiffusée revienne), Typiquement dans les instruments.

Câble de détection de température distribué

Habituellement, La technologie DTS utilise des câbles de télécommunications à fibres optiques standard, et des câbles ou des points de détection spécialisés ne sont nécessaires pour les mesures que lorsque les températures dépassent 100 ° C. Les fibres de détection sont généralement basées sur des fibres multimodes, Convient pour les courtes distances (jusqu’à 40 km) et fibres monomodes, et adapté aux longues distances (40-100kilomètre).

Fiber optic temperature measurement specification for DTS

Les systèmes de détection de température distribués peuvent généralement localiser les températures à une distance de 1 mètre (Résolution spatiale), avec une précision dans la plage de ± 1 ° C et une résolution de détection aussi faible que 0.01 ° C. Toutefois, Il existe une relation inverse entre la résolution de mesure, gamme, et temps d’échantillonnage, où la résolution de la température diminue avec la plage et prolonge le temps nécessaire pour obtenir des données de mesure spécifiques.

Principe de mesure Raman à détection de température distribuée

La fibre optique est faite de verre de quartz dopé, et lorsque le laser est transmis dans la fibre, interactions entre particules optiques (Photons) et les électrons moléculaires. À des fréquences spécifiques dans le spectre électromagnétique (connus sous le nom de Stokes et de bandes anti-Stokes), Diffusion de la lumière (également connu sous le nom de diffusion Raman) se produit dans les fibres optiques. L’intensité de la bande dite anti-Stokes dépend de la température, tandis que la bande dite de Stokes est en fait indépendante de la température. La température locale des fibres optiques provient du rapport entre l’intensité lumineuse anti Stokes et Stokes.

Principes de mesure – Technologies OTDR et OFDR

Il existe deux principes de mesure de base pour la technologie de détection distribuée: Réflectomètre optique dans le domaine temporel (OTDR) et réflectomètre optique dans le domaine fréquentiel (OFDR).

L’OTDR a été développé au cours de la 20 il y a des années et est devenu une norme de l’industrie pour la mesure des pertes dans les télécommunications. Le principe de l’OTDR est très simple, similaire à la mesure du temps de vol utilisée pour le radar. Fondamentalement, Des impulsions laser étroites générées par des semi-conducteurs ou des lasers à semi-conducteurs sont envoyées dans des fibres et analysées pour détecter la lumière rétrodiffusée. À partir du moment où la lumière rétrodiffusée revient à l’unité de détection, L’emplacement de l’événement de température peut être localisé.

Procédé pour remplacer l’évaluation DTS d’un réflectomètre dans le domaine fréquentiel signé à l’unité (OFDR). Le système OFDR ne fournit que des informations sur les caractéristiques locales et effectue ensuite une transformée de Fourier lorsque le signal rétrodiffusé détecté tout au long du temps de mesure est mesuré de manière complexe en fonction de la fréquence.

La grande majorité des systèmes de détection de température distribués actuellement disponibles sont basés sur la technologie OTDR.

Les avantages du système DTS

Certaines caractéristiques uniques des systèmes de détection de température distribuée incluent:

Excellentes économies d’échelle. Les concepteurs/intégrateurs de systèmes n’ont pas à se soucier de l’emplacement précis de chaque point de détection, so the cost of designing and installing sensing systems based on Fibre optique distribuée sensors is greatly reduced compared to traditional sensors.
Faibles coûts de maintenance et d’exploitation. Le câble de détection n’a pas de pièces mobiles et est conçu pour une durée de vie de plus de 30 années. Les coûts de maintenance et d’exploitation sont bien inférieurs à ceux des capteurs traditionnels.
Les câbles de détection DTS ne sont pas affectés par les interférences électromagnétiques ou les vibrations
Ces capteurs peuvent être utilisés en toute sécurité dans des zones dangereuses (puissance laser inférieure au niveau pouvant provoquer l’inflammation), ce qui en fait un choix idéal pour les applications de détection industrielles.
Conception de câbles de détection à fibre optique

Les câbles à fibres optiques sont essentiellement passifs et n’ont pas de points de détection séparés, Ils peuvent donc être fabriqués sur la base de fibres de télécommunications standard et, dans de nombreux cas,, Conditionné à l’aide de câbles à fibres optiques de télécommunications standard.

Dans certains cas, Des fibres optiques spécialisées sont nécessaires, et de la même manière, Une encapsulation de câble spécialisée est nécessaire. Voici quelques éléments à prendre en compte lors de la conception de câbles de détection de température distribués:

Température: La température de fonctionnement des matériaux standard de télécommunications, de fibres optiques et de câbles peut atteindre jusqu’à 100 ° C. En plus de cela, Vous aurez besoin de matériaux spécialisés en verre et en câbles. Par exemple, puits de pétrole 200 ° C
Protection mécanique: En fonction de l’environnement de surveillance spécifique, Il peut y avoir de fortes vibrations ou d’éventuelles forces d’écrasement, ce qui nécessitera des couches de câbles supplémentaires pour assurer la protection des fibres optiques de détection
Protection contre l’hydrogène: Dans certains environnements, il peut y avoir des niveaux élevés d’hydrogène gazeux, ce qui peut entraîner une dégradation de la fibre optique (ou assombrissement). Une certaine protection peut être fournie en utilisant de l’hydrogène pour éliminer le gel – mais pour une durée plus longue, la fibre spéciale elle-même avec des propriétés spéciales (dopants) dans le noyau et la gaine de la fibre doivent être utilisés.
Sécurité laser et fonctionnement du système

Lors de l’utilisation de systèmes basés sur la mesure optique (tels que le DTS optique), Il est nécessaire de prendre en compte les exigences de sécurité laser pour l’installation permanente. De nombreux systèmes utilisent des conceptions laser de faible puissance, tels que ceux classés comme niveau de sécurité laser 1M, qui peut être appliqué par n’importe qui sans avoir besoin de personnel de sécurité laser approuvé. Certains systèmes sont basés sur des lasers de haute puissance évalués à 3B, et bien que le personnel de sécurité laser approuvé puisse les utiliser en toute sécurité, Ils peuvent ne pas convenir à une installation permanente.

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