Принципы и применение распределенного волоконно-оптического измерения температуры

Распределенное измерение температуры по оптоволоконному кабелю (ДТС) — это передовая технология мониторинга температуры, которая использует оптические волокна в качестве чувствительных к температуре компонентов и средств передачи сигнала для обеспечения непрерывного мониторинга распределения температуры в режиме реального времени на большие расстояния и большие расстояния. Системы DTS обычно основаны на принципе оптической рефлектометрии во временной области (Оптическая рефлектометрия) и эффект комбинационного рассеяния оптических волокон, и получить информацию о распределении температуры вдоль волокна путем анализа изменений интенсивности обратного комбинационного рассеяния света в волокне.

1、Основные компоненты системы DTS

источник света
Лазер: Мощные импульсные лазеры, такие как Nd: YAG-лазеры или волоконный усилитель, легированный эрбием (ЭДФА) Обычно используются лазеры. Импульсный световой сигнал, излучаемый лазером, передается в измеряемую область по оптическому волокну.
Оптоволокно
Чувствительное волокно: используется для передачи оптических сигналов и служит в качестве термочувствительного компонента. К распространенным чувствительным волокнам относятся одномодовые волокна и многомодовые волокна. Одномодовое волокно широко используется благодаря низким потерям и высокому разрешению.
детектор
Фотодетектор: используется для обнаружения обратного рассеяния комбинационного света, отражающегося от оптических волокон. К наиболее часто используемым фотоприемникам относятся фотоумножители (ФЭУ) и лавинные фотодиоды (АПД).
Блок обработки сигналов
Карта сбора данных: Используется для сбора электрических сигналов, выходных фотоприемниками, и преобразования их в цифровые сигналы.
Сигнальный процессор: обрабатывает собранные цифровые сигналы и извлекает информацию о температуре. Распространенные алгоритмы обработки сигналов включают преобразование Фурье, Вейвлет-преобразование, и так далее.
Программный комплекс
Программное обеспечение для анализа данных: используется для отображения и анализа данных о распределении температуры, Построение температурных кривых и графиков распределения температуры. Программные системы обычно имеют хранилище данных, Функции сигнализации, и возможности удаленного мониторинга.
Принцип работы системы DTS
Принцип оптической рефлектометрии во временной области (Оптическая рефлектометрия)
Импульсный световой сигнал, излучаемый лазером, распространяется по оптическому волокну, и когда он сталкивается с неровными точками или торцевыми поверхностями в волокне, Он будет производить обратно рассеянный свет. Путем измерения времени возврата и интенсивности обратно рассеянного света, Можно определить расстояние распространения и положение оптического сигнала в волокне.
Комбинационное рассеяние света
При распространении оптических сигналов в оптических волокнах, Возникают различные виды рассеяния, включая рэлеевское рассеяние, Россыпь Бриллюэна, и комбинационное рассеяние света. Интенсивность комбинационного рассеяния света зависит от температуры. Комбинационное рассеяние делится на рассеяние Стокса и антистоксово рассеяние. Интенсивность антистоксова рассеяния света увеличивается с температурой, в то время как интенсивность рассеяния света Стокса существенно не меняется с температурой. Путем измерения отношения интенсивности антистоксовского рассеяния света к рассеивающему свету Стокса, Можно рассчитать температуру в каждой точке вдоль волокна.

2、Сценарии применения системы DTS

Система питания
Контроль температуры кабеля: В высоковольтных кабелях и кабельных траншеях, Система DTS может контролировать распределение температуры кабелей в режиме реального времени, своевременно обнаруживать проблемы с перегревом, и предотвратить повреждение кабеля и несчастные случаи при пожаре.
Мониторинг температуры на подстанции: На подстанции, система DTS может контролировать температуру оборудования, такого как трансформаторы и распределительные устройства, чтобы обеспечить безопасную работу оборудования.
Нефтегазовая промышленность
Мониторинг нефтепроводов: В магистральных нефтепроводах, система DTS может контролировать распределение температуры трубопровода в режиме реального времени, своевременно выявлять точки утечек и температурные аномалии, и предотвратить загрязнение окружающей среды и экономические потери.
Мониторинг температуры нефтяных скважин: В нефтяных скважинах, Системы DTS могут контролировать распределение температуры под землей, Обеспечение информационной поддержки для добычи нефти.
Архитектура и инфраструктура
Мониторинг температуры моста: В больших мостах, Системы DTS могут контролировать распределение температуры тела моста, Оценка состояния моста, и оперативно выявлять потенциальные угрозы безопасности.
Контроль температуры в туннеле: В тоннелях, Системы DTS могут контролировать распределение температуры внутри туннеля для обеспечения его безопасной эксплуатации.
защита окружающей среды
Мониторинг температуры почвы: В сельскохозяйственных и экологических исследованиях, Системы DTS могут контролировать распределение температуры почвы, Предоставление рекомендаций по сельскохозяйственному производству, и изучение микробной активности почвы и трансформации питательных веществ.
Контроль температуры воды: В реках, Озер, и океаны, Системы DTS могут отслеживать распределение температуры водных объектов и изучать воздействие водных экосистем и изменения климата.
пожарная безопасность
Мониторинг температуры на складе: На больших складах, Системы DTS могут контролировать распределение температуры внутри склада, своевременно выявлять опасность возгорания, и предотвратить несчастные случаи при пожаре.
Мониторинг пожаров в туннелях: В тоннелях, Системы DTS могут контролировать распределение температуры внутри тоннеля в режиме реального времени, своевременно обнаруживать возгорания, и активировать систему противопожарной защиты.

3、Преимущества системы DTS

Мониторинг на большом расстоянии: Система DTS может обеспечивать мониторинг температуры на расстоянии до десятков километров, Подходит для больших объемов, Сценарии мониторинга температуры на больших расстояниях.
Высокое разрешение: Системы DTS могут предоставлять данные о распределении температуры с высоким пространственным разрешением, обычно до нескольких метров или даже короче.
Мониторинг в режиме реального времени: Система DTS может обеспечить непрерывный мониторинг температуры в режиме реального времени, и своевременно выявлять температурные аномалии.
Защита от электромагнитных помех: Оптические волокна обладают хорошими антиэлектромагнитными помехоустойчивостью и подходят для мониторинга температуры в условиях сильной электромагнитной обстановки.
Простая установка: Установка и обслуживание системы DTS относительно просты и экономичны.

4、Ограничения системы DTS

Стоить: Хотя удельная стоимость системы DTS снижается с увеличением дальности мониторинга, первоначальные инвестиционные затраты все еще относительно высоки.
Ограничение точности: На точность измерения температуры системы DTS влияют различные факторы, такие как качество волокна, изменения температуры окружающей среды, внешние помехи, и так далее.
Комплексная обработка данных: Системы DTS требуют сложных алгоритмов обработки сигналов и высокопроизводительных компьютерных систем для обработки больших объемов данных.
сводка
Тем Распределенное измерение температуры по оптоволоконному кабелю (ДТС) представляет собой передовую технологию мониторинга температуры, которая использует эффект комбинационного рассеяния и принцип оптического отражения во временной области оптических волокон для достижения непрерывного мониторинга распределения температуры на больших расстояниях и больших расстояниях в режиме реального времени. Система DTS имеет широкий спектр применения в области энергосистем, Нефтегазовая промышленность, Строительство и инфраструктура, защита окружающей среды, пожарная безопасность, и так далее. Он имеет такие преимущества, как дальний мониторинг, Высокое разрешение, мониторинг в режиме реального времени, Защита от электромагнитных помех, и простая установка. Однако, Системы DTS также имеют ограничения, такие как высокая стоимость, Ограничения по точности, и комплексная обработка данных.

Волоконно-оптический датчик температуры, Интеллектуальная система мониторинга, Производитель распределенного оптоволокна в Китае