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什么是分布式光纤传感技术

分布式传感技术可以在光纤电缆的整个长度上进行连续,实时的测量。与依赖于在预定点测量的离散传感器的传统传感器不同,分布式传感不依赖于制造的传感器而是利用光纤。光纤是传感元件,在光路中没有任何附加的传感器。

询问器根据雷达式过程操作:它向光纤发送一系列脉冲,并记录自然发生的散射信号随时间的返回。在此过程中,分布式传感器测量沿光纤的所有点。

由于光纤是传感器,它也是一种经济有效的方法,即使在最恶劣和最不寻常的环境中也可轻松部署。

分布式传感通常用于获取温度,应变和声学数据。

光纤 – 传感元件
光纤由与人发一样薄的纯玻璃(二氧化硅)制成。它由两部分组成:内芯和外包层。包层是由较低折射率玻璃制成的玻璃层,以保持芯内光的引导。两个部件均由单层或多层主聚合物涂层封装,以保护和易于处理。

根据通信应用标准,有两种主要类型的光纤。这些是用于长途通信的单模,以及用于短距离通信的多模。多模光纤具有比单模光纤(8-10微米)更大的芯(45至50微米),允许更多的光模式传播。

如果大家包括标准丙烯酸酯涂层的厚度,则光纤的典型直径为125微米,增加到250微米。多模光纤通常用于温度传感,而单模光纤主要用于分布式声学传感或应变传感。

虽然温度和声学传感器可以与单模或多模光纤一起使用,但是当它与多模一起使用时,温度系统的性能会得到优化。声学传感器的性能通过单模光纤进行优化。

光纤电缆可以包含许多光纤,这些光纤可以是单一类型或两者的组合。电缆结构取决于安装,操作和应用条件。

分布式温度传感(DTS)如何工作?
DTS的基本原理是基于拉曼的温度测量与光时域反射计(OTDR)相结合。短光脉冲射入光纤。向前传播的光从沿光纤的所有点产生两个不同波长的拉曼反向散射光。拉曼反向散射光的波长与前向传播光的波长不同,并且被称为“斯托克斯”和“反斯托克斯”。

监测斯托克斯和反斯托克斯光的振幅,并通过了解光纤内部的传播速度来确定反向散射光的空间定位。斯托克斯光的振幅非常弱地依赖于温度,而反斯托克斯光的振幅强烈依赖于温度。利用斯托克斯振幅和反斯托克斯探测光的比率计算光纤内的温度分布。

典型系统的特征在于空间和温度分辨率。空间分辨率是传感器测量沿光纤的温度阶跃变化的最小距离。温度分辨率是区分绝对温度的精度的度量。温度分辨率取决于测量时间和发射脉冲重复率。激光脉冲能量和持续时间在测量最大长度上得到精确控制和优化,以在可接受的精度限制内提供最佳的温度分辨率性能。随着采样时间的增加,温度分辨率得到改善,分辨温度变得更加准确。

DTS样品的使用寿命相当高,能够以12.5 cm的间隔记录数据,温度分辨率低至0.01°C。温度分辨率,空间分辨率,测量时间和光纤之间存在性能折衷长度。空间分辨率和平均时间是用户在ULTIMA DTSApp中定义的,并且可以根据需要由操作员改变。

如何在智能分布式声学传感器,(IDAS?)工作?
iDAS技术测量沿着光纤数千米的所有点的声信号,就好像它是一串麦克风一样。

智能分布式声学传感器通过向光纤中注入激光脉冲来工作。当这个光脉冲沿着光路传播时,光纤内的相互作用导致被称为反向散射的光反射,这是由光纤内的微小应变事件决定的,而这些应变事件又是由局部声能引起的。这种反向散射的光沿着光纤向上传播到iDAS,在那里进行采样。激光脉冲的时间同步允许反向散射事件准确地映射到光纤距离。

一旦光脉冲传播到光纤的末端并且任何反射已经传回到询问器,光纤就可以被认为是“暗”并且可以引入随后的激光脉冲而没有干扰的风险。对于每个激光脉冲,沿着长度的每个点采样整个光纤距离,通常每1米采样一次。结果是沿着光纤的整个长度连续声学采样,没有串扰,频率范围从毫赫兹到超过100kHz,动态范围超过120dB。

iDAS与其他分布式声学传感器有何不同?
iDAS是一款真正的声学传感器,因为它可以忠实地再现声音的相位,频率和幅度。这种能力对于许多应用中使用的先进处理技术至关重要,并且目前市场上几种DAS系统并不常见,这些系统可能无法提供高级处理所需的幅度稳定性或相位精度。

iDAS的一个关键区别特征是能够在单模光纤和多模光纤上同样良好地实行测量,这使得能够将iDAS改装为现有的多模光纤安装或利用DTS多模光缆实行全面的iDAS服务。

分布式传感系统用于哪些地方?
已经为石油和天然气工业开发了分布式传感系统,以帮助油藏工程师优化油井寿命。如今,他们发现了各种各样的应用,如过程容器,储罐和管道系统中的完整性监控工具,为操作员提供工具来安排维护程序并最大限度地延长使用寿命。

分布式光纤监控可在大表面,长距离和传统点感应不适用或成本效益的位置提供高空间和时间分布。

关键词:

光纤联系

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