DTS分布式溫度傳感系統(tǒng)原理介紹
分布式溫度傳感系統(tǒng)（DTS）是基于光纖的光電儀器，其測量沿著光纖傳感電纜的長度的溫度。分布式溫度傳感系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于它沿傳感電纜的長度提供連續(xù)（或分布式）溫度分布，而不是必須預(yù)先確定的離散傳感點(diǎn)。
光纖溫度傳感器如何工作
DTS系統(tǒng)包含一個(gè)脈沖激光器，它向光纖發(fā)送大約1m脈沖（相當(dāng)于10ns的時(shí)間）。當(dāng)脈沖沿著光纖的長度傳播時(shí)，它與玻璃相互作用。由于玻璃中的小缺陷，少量的原始激光脈沖被反射回DTS傳感系統(tǒng)。通過分析反射光，DTS能夠計(jì)算事件的溫度（通過分析反射光的功率）以及事件的位置（通過測量反向散射光返回的時(shí)間），通常在儀表。
分布式溫度傳感電纜
通常，DTS技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的電信光纖電纜，只有在溫度高于100°C時(shí)需要進(jìn)行測量時(shí)才需要專用電纜或傳感點(diǎn)。傳感光纖通常基于多模光纖，適用于較短距離（最長40km）和單模光纖，適用于長距離（40-100km）。
DTS的光纖溫度測量規(guī)范
分布式溫度傳感系統(tǒng)通?？梢詫囟榷ㄎ辉?米的距離內(nèi)（這稱為空間分辨率），精度在±1°C范圍內(nèi)，感應(yīng)分辨率低至0.01°C。但是，測量分辨率，范圍和采樣時(shí)間之間存在反比關(guān)系，即溫度分辨率會(huì)隨著范圍而降低，并且會(huì)延長獲取特定測量數(shù)據(jù)的時(shí)間。
分布式溫度傳感 – 拉曼測量原理
光纖由摻雜的石英玻璃制成，并且當(dāng)激光在光纖中傳輸時(shí)，在光粒子（光子）和分子的電子之間發(fā)生相互作用。在電磁波譜中的特定頻率（稱為斯托克斯和反斯托克斯波段），光散射（也稱為拉曼散射）發(fā)生在光纖中。所謂的反斯托克斯波段的強(qiáng)度與溫度有關(guān)，而所謂的斯托克斯波段實(shí)際上與溫度無關(guān)。光纖的局部溫度來自反斯托克斯和斯托克斯光強(qiáng)度的比率。
測量原理 – OTDR和OFDR技術(shù)
分布式傳感技術(shù)有兩種基本的測量原理：光時(shí)域反射儀（OTDR）和光頻域反射儀（OFDR）。
OTDR是20多年前開發(fā)的，已成為電信損耗測量的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。OTDR的原理非常簡單，與用于雷達(dá)的飛行時(shí)間測量非常相似。基本上由半導(dǎo)體或固態(tài)激光器產(chǎn)生的窄激光脈沖被發(fā)送到光纖中并且分析反向散射光。從反向散射光返回檢測單元的時(shí)間開始，可以定位溫度事件的位置。
替代DTS評估單元部署光頻域反射計(jì)（OFDR）的方法。只有當(dāng)在整個(gè)測量時(shí)間內(nèi)檢測到的反向散射信號以復(fù)雜的方式作為頻率的函數(shù)被測量時(shí)，OFDR系統(tǒng)才提供關(guān)于局部特性的信息，然后進(jìn)行傅里葉變換。
目前可用的絕大多數(shù)分布式溫度傳感系統(tǒng)都基于OTDR技術(shù)。
DTS系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)
分布式溫度傳感系統(tǒng)的一些獨(dú)特功能包括：
- 優(yōu)秀的規(guī)模經(jīng)濟(jì)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員/集成商不必?fù)?dān)心每個(gè)傳感點(diǎn)的精確位置，因此設(shè)計(jì)和安裝基于分布式光纖傳感器的傳感系統(tǒng)的成本與傳統(tǒng)傳感器相比大大降低。
- 維護(hù)和運(yùn)營成本低。傳感電纜沒有活動(dòng)部件，設(shè)計(jì)壽命為30年+，維護(hù)和運(yùn)行成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)傳感器。
- DTS傳感電纜不受電磁干擾，振動(dòng)的影響
- 可安全用于危險(xiǎn)區(qū)域（激光功率低于可引起點(diǎn)火的水平），從而使這些傳感器成為工業(yè)傳感應(yīng)用的理想選擇。
光纖傳感電纜設(shè)計(jì)
光纖電纜本質(zhì)上是無源的，并且沒有單獨(dú)的傳感點(diǎn)，因此可以基于標(biāo)準(zhǔn)電信光纖制造，并且在許多情況下使用標(biāo)準(zhǔn)電信光纖電纜封裝。
在某些情況下，需要專門的光纖，并且類似地，需要專門的電纜封裝。設(shè)計(jì)分布式溫度傳感電纜時(shí)需要考慮的一些注意事項(xiàng)包括：
- 溫度：標(biāo)準(zhǔn)電信光纖和電纜材料的工作溫度高達(dá)100°C。在此之上，您將需要專門的玻璃和電纜材料。例如，油井通常超過200°C
- 機(jī)械保護(hù)：根據(jù)具體的監(jiān)測環(huán)境，可能存在高振動(dòng)或可能的破碎力，這將需要額外的電纜層來為傳感光纖提供保護(hù)
- 防氫：在某些環(huán)境中會(huì)有高含量的氫氣，這會(huì)導(dǎo)致光纖劣化（或變暗）。通過使用氫清除凝膠可以提供一些保護(hù) – 但是對于更長的持續(xù)時(shí)間，必須使用在光纖的芯和包層內(nèi)具有特殊性質(zhì)（摻雜劑）的專用光纖本身。
激光安全與系統(tǒng)運(yùn)行
當(dāng)操作基于光學(xué)測量的系統(tǒng)（例如光學(xué)DTS）時(shí)，需要考慮激光安全要求以進(jìn)行永久性安裝。許多系統(tǒng)使用低功率激光設(shè)計(jì)，例如分類為激光安全等級1M，任何人都可以應(yīng)用（不需要經(jīng)過批準(zhǔn)的激光安全人員）。有些系統(tǒng)基于額定值為3B的高功率激光器，雖然經(jīng)批準(zhǔn)的激光安全人員可以安全使用，但可能不適合永久性安裝。
