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分布式光纤测温系统原理

分布式光纤测温原理

分布式温度传感系统DTS)是光电器件,其通过用作线性传感器的光纤来测量温度。沿着光学传感器电缆记录温度,因此不是在点处,而是作为连续的轮廓。在远距离上实现高精度的温度测定。通常,DTS系统可以将温度定位到1 m的空间分辨率,精度在±1°C范围内,分辨率为0.01°C。可以监测大于30 km的测量距离,并且一些专用系统可以提供更紧密的空间分辨率。

一路测量

分布式温度传感(DTS)不是在离散的预定点进行测量,而是在光纤的整个长度上进行连续测量。因此,DTS能够在不事先知道可能发生的事件的情况下检测温度变化小于0.01°C。分布式传感也是实时的 – 因此您可以随时在电缆的所有点进行连续监测。

在确保许多家庭,商业和工业环境中工艺的平稳运行时,快速,频繁和准确地测量物理因素(如温度,压力或应变)起着关键作用。例如,大多数工厂和加工厂依靠温度和压力测量来操作。

常规与分布式温度传感

传统类型的温度控制系统通常基于点测量的使用:从单个传感器收集的数据和在特定位置测量单个值的仪表。这可能会限制许多应用中监控的速度,准确性和分辨率。分布式传感是一种依赖于光纤反射光脉冲分析的技术,可以更好,更有效地监测温度和压力的变化。通过使用光纤作为传感器,分布式传感可以实现每米的温度和应变的实时读数,沿着可长达60km的光纤。

分布式温度传感器(DTS) – 测量原理

DTS能够沿着光缆每1-5米进行一次温度测量,每个单元的覆盖范围可达60km。分布式温度传感器用10纳秒的激光脉冲照射光纤的玻璃芯(这相当于1m脉冲。)当光脉冲沿光纤传播时,即使没有杂质和结构缺陷也会发生散射。这种散射辐射的一部分称为拉曼散射。因为这种振动能量是明确的温度函数,所以信号的比例也是如此。正是这个比率与光脉冲的飞行时间相结合,用于确定给定点处光纤的温度。

分布式传感利用了以下:沿光纤传播的激光的反射特性随着温度和沿其长度的应变而变化。分布式传感系统由两个基本组成部分组成:

  • 传感器。它由光纤组成 – 通常是标准的电信光纤 – 通常安装在保护套内以形成电缆。然后小心地放置电缆以进行所需的测量。
  • 探测器系统。这包括一个沿光纤向下发射光脉冲的激光器,以及一个测量每个光脉冲反射的探测器。通过分析这些反射,可以确定沿光纤的所有点的温度和应变。借助更强大的激光器和更灵敏的检测系统,可以使用长达60公里的电缆进行测量。但是在典型的安装中,光纤环绕建筑物或处理区域,几公里的距离更常见。

测量变量

测量本身取决于四个变量或参数。这些包括:

  • 距离或范围:测量的距离
  • 速度:每次测量所需的时间
  • 温度分辨率:将检测到的温度变化的大小
  • 空间分辨率:可以检测到温度变化的最小距离。

这些变量之间的权衡决定了测量系统的性能,参数的选择通常取决于应用的性质。尽管分布式传感系统能够每秒记录一次测量,但将测量之间的时间间隔增加到几分钟或几小时,可以实现更精细的分辨率结果。光纤传感器的长度也会影响分辨率。为了在每个特定应用中获得最佳结果,在决定检测设置时考虑所需测量的类型和分辨率非常重要。

该系统可以检测小至0.01°C的温度变化,但读数可能需要几分钟到几小时,具体取决于光纤的长度。读数通常表示为一米长度光纤的平均读数 – 例如DTS在10米内以5米的空间分辨率获得0.3°C的分辨率。较粗糙的分辨率 – 比如说每10米 – 可以更快地完成。

为什么选择分布式光纤温度传感器

分布式温度传感具有许多优点,包括:

  • 完全分布的数据大大增加了信息并减少了不确
  • 传感器由标准光纤制成(具有成本效益)
  • 免受冲击/振动和电磁干扰
  • 监控区域内没有电子设备或活动部件
  • 固有的高可靠性(传感器设计寿命> 30年)
  • 高温性能可达350°C
  • 进入太空限制区域(例如管道,油井,管道)非常小
分布式温度传感器技术原理

理解分布式温度传感器的关键是光纤本身就是传感器,仪器沿光纤长度每隔1米提供一次测量。这意味着一旦安装了电缆,操作员就能够在安装的所有位置接收温度信息 – 不会对任何区域进行监控,也不会产生不确定性。

有关分布式温度传感器背后的实际物理特性的更多信息,请访问常见问题解答 – 什么是分布式传感部分

分布式温度传感器的成本优势

分布式温度传感器使用标准电信光纤进行测量。当需要大量测量点时,电缆中没有嵌入特殊传感器(例如布拉格光栅),使分布式温度传感成为一种非常经济的解决方案。

除了每个传感器的低材料成本外,分布式温度传感技术还具有较低的系统设计成本(您无需计划每个传感器的确切位置),安装成本低且维护成本低(分布式传感电缆无移动)零件和设计寿命为30年)。因此,分布式温度传感系统的总拥有成本非常低。

分布式温度传感器的典型应用

当需要安装温度曲线或大量传感点至关重要时,分布式温度传感技术显示出优于传统温度传感技术的真正优势。因此,该技术适用于长距离应用(管道,隧道,电力电缆),只有小型传感器可以进入的应用(油井)和安全关键应用,其中监控所有点非常重要(炼油厂,LNG工厂,电化学过程) )。有关分布式温度传感器的应用示例,请参阅大家的案例研究。

分布式温度传感器的安全优势

分布式温度传感器非常适用于危险区域和安全至关重要的环境。传感器使用低光功率(1mW平均功率输出)工作,不能引起点火,因此非常适用于只允许本质安全设备的区域(例如气体环境)。根据欧盟委员会的报告编号,分布式温度传感器适用于监测危险区域。EUR 16011 EN(1994)。此外,由于光纤不易受电磁干扰,因此非常适用于发电站和配电线路的监控。

布式温度传感器具有1M激光安全等级 – 这意味着安装现场不需要现场激光安全监控器。

什么是分布式温度传感器的最长范围?

分布式温度传感器能够使用单个DTS单元测量距离最远60km的范围。这意味着对于10km分布式温度传感单元,您可以拥有多达10,000个单独的测量点。这可确保在极长距离内完全覆盖您的资产。

有关大家的分布式温度传感产品系列的更多信息,请访问大家的产品规格页面。

什么是分布式温度传感器的温度分辨率?

分布式温度传感器能够测量0.01°C的温度。有关实现此分辨率的测量时间的更多信息,请参阅大家的分布式温度传感器的规格表。

分布式温度传感器的传感器测温距离范围

华光天锐提供一系列分布式温度传感器 – 范围从4km到60km,采样分辨率为50cm。有关大家产品系列的更多信息,请访问产品规格页面

什么是压力和温度限制?

华光天锐的光纤测温系统能够在高温以上长期运行 – 因此在油井等应用中没有实际的温度限制。由于光纤只是玻璃,实际的压力限制来自机械部件,例如井口通过的压力等级,而不是光纤本身。

您可以将其他应用程序用于DTS吗?

分布式温度传感功能非常广泛,潜在的应用非常广泛。专注于四个主要市场领域 – 上游石油和天然气,下游工艺,电力和水电。以下列表为您提供了分布式传感器的其他潜在应用的一些想法:

  • 结构监控 – 从桥梁到飞机机翼的任何事物 – 监控和了解运动,以实现更具成本效益的设计。
  • 线性热检测
  • 建筑温度控制

 

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