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(zhuān)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?;邳c(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(lài)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(chēng)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(zhuān)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