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分散式溫度感測光纖  DTS

# 第15期

分散式溫度感測光纖 DTS

分散式溫度感測系統  (DTS)  是基於光纖的光電儀器,可測量沿著光纖纜線上的 溫度。

分散式溫度感測系統的獨特之處,在於它沿光纜的長度提供連續或分散 式溫度感測值,而不是預先確定的分散式溫度感測點(如電熱阻元件)。

溫度感測光纖工作原理DTS  系統包含脈衝雷射發射器,它以大約 1m 脈衝(相當於 10ns 時間)向光纖發 送。當脈衝沿著光纖的內徑移動時,它與玻璃相互作用。由於玻璃中的微小缺 陷,少量原始鐳射脈衝被反射回到 DTS  感測系統中。通過分析反射光,DTS  能 夠計算事件的溫度(通過分析反射光的功率) ,以及事件的位置(通過測量回來的 散光返回的時間)通常到一米之內誤差。

 

 

 

光纖纜線

通常,DTS  技術使用標準電信光纖纜線,只有在溫度高於 100°C 的環境時時, 才需要專用光纜。

感測光纖通常使用多模光纖,用於短 40KM 的距離。用於長 度 40-100km 時才使用單模光纖。

 

DTS 系統的性能

分散式溫度感測系統通常可將溫度定位在  1m(稱為空間解析度)範圍內。精度為±1°C。感測解析度低至 0.01°C。

但是測量溫度解析度、空間解析度和擷取時間 存在反向關係。即溫度解析度隨著,獲取縮短測量數據的擷取時間而變大。

光纖由摻雜的石英玻璃製成,當鐳射光在光纖中傳輸時,光粒子(光子)和分子電 子之間發生相互作用,拉曼散射出現在光纖中。

光散射在電磁頻譜有特定頻率 有稱為 Stokes 和 anti-Stokes 頻段。

所謂的 anti-Stokes 波段的強度和溫度相關, 而所謂的 Stokes 波段的強度實際上與溫度無關。

利用傳回 DTS  感測系統的 anti- Stokes 和 Stokes 頻段強度的比例的計算出該點的溫度。

 

 

 

OTDR 和 OFDR  技術分散式溫度感測技術有兩個測量的基本原理,光時域反射測量(OTDR)和光頻域 反射測量(OFDR)。

OTDR  是  20  多年前開發的,現已成為電信光纖衰減測量的工業標準。OTDR  的原理非常簡單,與雷達飛行測量的時間非常相似。

從本質上講,半導體或固態鐳射產生的窄鐳射脈衝被發送到光纖中,並分析反射的散光。從反散光返回到檢測單元的時間,就可以找到事件的位置。

有些 DTS 是選用了光頻域反射測量  (OFDR)  方法。OFDR系統僅提供該點特性 資訊,當在整個測量過程中檢測到的回來的散射信號,進行 Fourier 變換成頻率函數。

 

分散式溫度感測系統的一些獨特點:

 1. 系統設計者/集成商不必擔心每個感測點的確切位置,因此與傳統感測器 相比,設計上和安裝分散式光纖感測器的感測系統的成本大大降低。

 2. 低維護和運營成本。感測光纜使用時間為 30 年以上,維護和操作成本遠 低於傳統電氣式感測器。

 3. DTS 感電纜不受電磁干擾、振動的干擾。

 4.  安全使用於危險區域。

 

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