分布式光纖測(cè)溫系統(tǒng)原理

分布式光纖測(cè)溫原理

分布式溫度傳感系統(tǒng)（DTS）是光電器件，其通過(guò)用作線性傳感器的光纖來(lái)測(cè)量溫度。沿著光學(xué)傳感器電纜記錄溫度，因此不是在點(diǎn)處，而是作為連續(xù)的輪廓。在遠(yuǎn)距離上實(shí)現(xiàn)高精度的溫度測(cè)定。通常，DTS系統(tǒng)可以將溫度定位到1 m的空間分辨率，精度在±1°C范圍內(nèi)，分辨率為0.01°C。可以監(jiān)測(cè)大于30 km的測(cè)量距離，并且一些專用系統(tǒng)可以提供更緊密的空間分辨率。

一路測(cè)量

分布式溫度傳感（DTS）不是在離散的預(yù)定點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，而是在光纖的整個(gè)長(zhǎng)度上進(jìn)行連續(xù)測(cè)量。因此，DTS能夠在不事先知道可能發(fā)生的事件的情況下檢測(cè)溫度變化小于0.01°C。分布式傳感也是實(shí)時(shí)的 – 因此您可以隨時(shí)在電纜的所有點(diǎn)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。

在確保許多家庭，商業(yè)和工業(yè)環(huán)境中工藝的平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，快速，頻繁和準(zhǔn)確地測(cè)量物理因素（如溫度，壓力或應(yīng)變）起著關(guān)鍵作用。例如，大多數(shù)工廠和加工廠依靠溫度和壓力測(cè)量來(lái)操作。

常規(guī)與分布式溫度傳感

傳統(tǒng)類(lèi)型的溫度控制系統(tǒng)通常基于點(diǎn)測(cè)量的使用：從單個(gè)傳感器收集的數(shù)據(jù)和在特定位置測(cè)量單個(gè)值的儀表。這可能會(huì)限制許多應(yīng)用中監(jiān)控的速度，準(zhǔn)確性和分辨率。分布式傳感是一種依賴于光纖反射光脈沖分析的技術(shù)，可以更好，更有效地監(jiān)測(cè)溫度和壓力的變化。通過(guò)使用光纖作為傳感器，分布式傳感可以實(shí)現(xiàn)每米的溫度和應(yīng)變的實(shí)時(shí)讀數(shù)，沿著可長(zhǎng)達(dá)60km的光纖。

分布式溫度傳感器（DTS） – 測(cè)量原理

DTS能夠沿著光纜每1-5米進(jìn)行一次溫度測(cè)量，每個(gè)單元的覆蓋范圍可達(dá)60km。分布式溫度傳感器用10納秒的激光脈沖照射光纖的玻璃芯（這相當(dāng)于1m脈沖。）當(dāng)光脈沖沿光纖傳播時(shí)，即使沒(méi)有雜質(zhì)和結(jié)構(gòu)缺陷也會(huì)發(fā)生散射。這種散射輻射的一部分稱為拉曼散射。因?yàn)檫@種振動(dòng)能量是明確的溫度函數(shù)，所以信號(hào)的比例也是如此。正是這個(gè)比率與光脈沖的飛行時(shí)間相結(jié)合，用于確定給定點(diǎn)處光纖的溫度。

分布式傳感利用了以下：沿光纖傳播的激光的反射特性隨著溫度和沿其長(zhǎng)度的應(yīng)變而變化。分布式傳感系統(tǒng)由兩個(gè)基本組成部分組成：

• 傳感器。它由光纖組成 – 通常是標(biāo)準(zhǔn)的電信光纖 – 通常安裝在保護(hù)套內(nèi)以形成電纜。然后小心地放置電纜以進(jìn)行所需的測(cè)量。
• 探測(cè)器系統(tǒng)。這包括一個(gè)沿光纖向下發(fā)射光脈沖的激光器，以及一個(gè)測(cè)量每個(gè)光脈沖反射的探測(cè)器。通過(guò)分析這些反射，可以確定沿光纖的所有點(diǎn)的溫度和應(yīng)變。借助更強(qiáng)大的激光器和更靈敏的檢測(cè)系統(tǒng)，可以使用長(zhǎng)達(dá)60公里的電纜進(jìn)行測(cè)量。但是在典型的安裝中，光纖環(huán)繞建筑物或處理區(qū)域，幾公里的距離更常見(jiàn)。

測(cè)量變量

測(cè)量本身取決于四個(gè)變量或參數(shù)。這些包括：

• 距離或范圍：測(cè)量的距離
• 速度：每次測(cè)量所需的時(shí)間
• 溫度分辨率：將檢測(cè)到的溫度變化的大小
• 空間分辨率：可以檢測(cè)到溫度變化的最小距離。

這些變量之間的權(quán)衡決定了測(cè)量系統(tǒng)的性能，參數(shù)的選擇通常取決于應(yīng)用的性質(zhì)。盡管分布式傳感系統(tǒng)能夠每秒記錄一次測(cè)量，但將測(cè)量之間的時(shí)間間隔增加到幾分鐘或幾小時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的分辨率結(jié)果。光纖傳感器的長(zhǎng)度也會(huì)影響分辨率。為了在每個(gè)特定應(yīng)用中獲得最佳結(jié)果，在決定檢測(cè)設(shè)置時(shí)考慮所需測(cè)量的類(lèi)型和分辨率非常重要。

該系統(tǒng)可以檢測(cè)小至0.01°C的溫度變化，但讀數(shù)可能需要幾分鐘到幾小時(shí)，具體取決于光纖的長(zhǎng)度。讀數(shù)通常表示為一米長(zhǎng)度光纖的平均讀數(shù) – 例如DTS在10米內(nèi)以5米的空間分辨率獲得0.3°C的分辨率。較粗糙的分辨率 – 比如說(shuō)每10米 – 可以更快地完成。

為什么選擇分布式光纖溫度傳感器

分布式溫度傳感具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：

• 完全分布的數(shù)據(jù)大大增加了信息并減少了不確
• 傳感器由標(biāo)準(zhǔn)光纖制成（具有成本效益）
• 免受沖擊/振動(dòng)和電磁干擾
• 監(jiān)控區(qū)域內(nèi)沒(méi)有電子設(shè)備或活動(dòng)部件
• 固有的高可靠性（傳感器設(shè)計(jì)壽命> 30年）
• 高溫性能可達(dá)350°C
• 進(jìn)入太空限制區(qū)域（例如管道，油井，管道）非常小

分布式溫度傳感器技術(shù)原理

理解分布式溫度傳感器的關(guān)鍵是光纖本身就是傳感器，儀器沿光纖長(zhǎng)度每隔1米提供一次測(cè)量。這意味著一旦安裝了電纜，操作員就能夠在安裝的所有位置接收溫度信息 – 不會(huì)對(duì)任何區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，也不會(huì)產(chǎn)生不確定性。

有關(guān)分布式溫度傳感器背后的實(shí)際物理特性的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)常見(jiàn)問(wèn)題解答 – 什么是分布式傳感部分

分布式溫度傳感器的成本優(yōu)勢(shì)

分布式溫度傳感器使用標(biāo)準(zhǔn)電信光纖進(jìn)行測(cè)量。當(dāng)需要大量測(cè)量點(diǎn)時(shí)，電纜中沒(méi)有嵌入特殊傳感器（例如布拉格光柵），使分布式溫度傳感成為一種非常經(jīng)濟(jì)的解決方案。

除了每個(gè)傳感器的低材料成本外，分布式溫度傳感技術(shù)還具有較低的系統(tǒng)設(shè)計(jì)成本（您無(wú)需計(jì)劃每個(gè)傳感器的確切位置），安裝成本低且維護(hù)成本低（分布式傳感電纜無(wú)移動(dòng)）零件和設(shè)計(jì)壽命為30年）。因此，分布式溫度傳感系統(tǒng)的總擁有成本非常低。

分布式溫度傳感器的典型應(yīng)用

當(dāng)需要安裝溫度曲線或大量傳感點(diǎn)至關(guān)重要時(shí)，分布式溫度傳感技術(shù)顯示出優(yōu)于傳統(tǒng)溫度傳感技術(shù)的真正優(yōu)勢(shì)。因此，該技術(shù)適用于長(zhǎng)距離應(yīng)用（管道，隧道，電力電纜），只有小型傳感器可以進(jìn)入的應(yīng)用（油井）和安全關(guān)鍵應(yīng)用，其中監(jiān)控所有點(diǎn)非常重要（煉油廠，LNG工廠，電化學(xué)過(guò)程） ）。有關(guān)分布式溫度傳感器的應(yīng)用示例，請(qǐng)參閱我們的案例研究。

分布式溫度傳感器的安全優(yōu)勢(shì)

分布式溫度傳感器非常適用于危險(xiǎn)區(qū)域和安全至關(guān)重要的環(huán)境。傳感器使用低光功率（1mW平均功率輸出）工作，不能引起點(diǎn)火，因此非常適用于只允許本質(zhì)安全設(shè)備的區(qū)域（例如氣體環(huán)境）。根據(jù)歐盟委員會(huì)的報(bào)告編號(hào)，分布式溫度傳感器適用于監(jiān)測(cè)危險(xiǎn)區(qū)域。EUR 16011 EN（1994）。此外，由于光纖不易受電磁干擾，因此非常適用于發(fā)電站和配電線路的監(jiān)控。

布式溫度傳感器具有1M激光安全等級(jí) – 這意味著安裝現(xiàn)場(chǎng)不需要現(xiàn)場(chǎng)激光安全監(jiān)控器。

什么是分布式溫度傳感器的最長(zhǎng)范圍？

分布式溫度傳感器能夠使用單個(gè)DTS單元測(cè)量距離最遠(yuǎn)60km的范圍。這意味著對(duì)于10km分布式溫度傳感單元，您可以擁有多達(dá)10,000個(gè)單獨(dú)的測(cè)量點(diǎn)。這可確保在極長(zhǎng)距離內(nèi)完全覆蓋您的資產(chǎn)。

有關(guān)我們的分布式溫度傳感產(chǎn)品系列的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的產(chǎn)品規(guī)格頁(yè)面。

什么是分布式溫度傳感器的溫度分辨率？

分布式溫度傳感器能夠測(cè)量0.01°C的溫度。有關(guān)實(shí)現(xiàn)此分辨率的測(cè)量時(shí)間的更多信息，請(qǐng)參閱我們的分布式溫度傳感器的規(guī)格表。

分布式溫度傳感器的傳感器測(cè)溫距離范圍

華光天銳提供一系列分布式溫度傳感器 – 范圍從4km到60km，采樣分辨率為50cm。有關(guān)我們產(chǎn)品系列的更多信息，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)產(chǎn)品規(guī)格頁(yè)面

什么是壓力和溫度限制？

華光天銳的光纖測(cè)溫系統(tǒng)能夠在高溫以上長(zhǎng)期運(yùn)行 – 因此在油井等應(yīng)用中沒(méi)有實(shí)際的溫度限制。由于光纖只是玻璃，實(shí)際的壓力限制來(lái)自機(jī)械部件，例如井口通過(guò)的壓力等級(jí)，而不是光纖本身。

您可以將其他應(yīng)用程序用于DTS嗎？

分布式溫度傳感功能非常廣泛，潛在的應(yīng)用非常廣泛。專注于四個(gè)主要市場(chǎng)領(lǐng)域 – 上游石油和天然氣，下游工藝，電力和水電。以下列表為您提供了分布式傳感器的其他潛在應(yīng)用的一些想法：

• 結(jié)構(gòu)監(jiān)控 – 從橋梁到飛機(jī)機(jī)翼的任何事物 – 監(jiān)控和了解運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)更具成本效益的設(shè)計(jì)。
• 線性熱檢測(cè)
• 建筑溫度控制