分布式光纖測溫系統原理

分布式光纖測溫原理

分布式溫度傳感系統（DTS）是光電器件，其通過用作線性傳感器的光纖來測量溫度。沿著光學傳感器電纜記錄溫度，因此不是在點處，而是作為連續的輪廓。在遠距離上實現高精度的溫度測定。通常，DTS系統可以將溫度定位到1 m的空間分辨率，精度在±1°C范圍內，分辨率為0.01°C。可以監測大于30 km的測量距離，并且一些專用系統可以提供更緊密的空間分辨率。

一路測量

分布式溫度傳感（DTS）不是在離散的預定點進行測量，而是在光纖的整個長度上進行連續測量。因此，DTS能夠在不事先知道可能發生的事件的情況下檢測溫度變化小于0.01°C。分布式傳感也是實時的 – 因此您可以隨時在電纜的所有點進行連續監測。

在確保許多家庭，商業和工業環境中工藝的平穩運行時，快速，頻繁和準確地測量物理因素（如溫度，壓力或應變）起著關鍵作用。例如，大多數工廠和加工廠依靠溫度和壓力測量來操作。

常規與分布式溫度傳感

傳統類型的溫度控制系統通常基于點測量的使用：從單個傳感器收集的數據和在特定位置測量單個值的儀表。這可能會限制許多應用中監控的速度，準確性和分辨率。分布式傳感是一種依賴于光纖反射光脈沖分析的技術，可以更好，更有效地監測溫度和壓力的變化。通過使用光纖作為傳感器，分布式傳感可以實現每米的溫度和應變的實時讀數，沿著可長達60km的光纖。

分布式溫度傳感器（DTS） – 測量原理

DTS能夠沿著光纜每1-5米進行一次溫度測量，每個單元的覆蓋范圍可達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（這相當于1m脈沖。）當光脈沖沿光纖傳播時，即使沒有雜質和結構缺陷也會發生散射。這種散射輻射的一部分稱為拉曼散射。因為這種振動能量是明確的溫度函數，所以信號的比例也是如此。正是這個比率與光脈沖的飛行時間相結合，用于確定給定點處光纖的溫度。

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度的應變而變化。分布式傳感系統由兩個基本組成部分組成：

• 傳感器。它由光纖組成 – 通常是標準的電信光纖 – 通常安裝在保護套內以形成電纜。然后小心地放置電纜以進行所需的測量。
• 探測器系統。這包括一個沿光纖向下發射光脈沖的激光器，以及一個測量每個光脈沖反射的探測器。通過分析這些反射，可以確定沿光纖的所有點的溫度和應變。借助更強大的激光器和更靈敏的檢測系統，可以使用長達60公里的電纜進行測量。但是在典型的安裝中，光纖環繞建筑物或處理區域，幾公里的距離更常見。

測量變量

測量本身取決于四個變量或參數。這些包括：

• 距離或范圍：測量的距離
• 速度：每次測量所需的時間
• 溫度分辨率：將檢測到的溫度變化的大小
• 空間分辨率：可以檢測到溫度變化的最小距離。

這些變量之間的權衡決定了測量系統的性能，參數的選擇通常取決于應用的性質。盡管分布式傳感系統能夠每秒記錄一次測量，但將測量之間的時間間隔增加到幾分鐘或幾小時，可以實現更精細的分辨率結果。光纖傳感器的長度也會影響分辨率。為了在每個特定應用中獲得最佳結果，在決定檢測設置時考慮所需測量的類型和分辨率非常重要。

該系統可以檢測小至0.01°C的溫度變化，但讀數可能需要幾分鐘到幾小時，具體取決于光纖的長度。讀數通常表示為一米長度光纖的平均讀數 – 例如DTS在10米內以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點，包括：

• 完全分布的數據大大增加了信息并減少了不確
• 傳感器由標準光纖制成（具有成本效益）
• 免受沖擊/振動和電磁干擾
• 監控區域內沒有電子設備或活動部件
• 固有的高可靠性（傳感器設計壽命> 30年）
• 高溫性能可達350°C
• 進入太空限制區域（例如管道，油井，管道）非常小

分布式溫度傳感器技術原理

理解分布式溫度傳感器的關鍵是光纖本身就是傳感器，儀器沿光纖長度每隔1米提供一次測量。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 – 不會對任何區域進行監控，也不會產生不確定性。

有關分布式溫度傳感器背后的實際物理特性的更多信息，請訪問常見問題解答 – 什么是分布式傳感部分

分布式溫度傳感器的成本優勢

分布式溫度傳感器使用標準電信光纖進行測量。當需要大量測量點時，電纜中沒有嵌入特殊傳感器（例如布拉格光柵），使分布式溫度傳感成為一種非常經濟的解決方案。

除了每個傳感器的低材料成本外，分布式溫度傳感技術還具有較低的系統設計成本（您無需計劃每個傳感器的確切位置），安裝成本低且維護成本低（分布式傳感電纜無移動）零件和設計壽命為30年）。因此，分布式溫度傳感系統的總擁有成本非常低。

分布式溫度傳感器的典型應用

當需要安裝溫度曲線或大量傳感點至關重要時，分布式溫度傳感技術顯示出優于傳統溫度傳感技術的真正優勢。因此，該技術適用于長距離應用（管道，隧道，電力電纜），只有小型傳感器可以進入的應用（油井）和安全關鍵應用，其中監控所有點非常重要（煉油廠，LNG工廠，電化學過程） ）。有關分布式溫度傳感器的應用示例，請參閱我們的案例研究。

分布式溫度傳感器的安全優勢

分布式溫度傳感器非常適用于危險區域和安全至關重要的環境。傳感器使用低光功率（1mW平均功率輸出）工作，不能引起點火，因此非常適用于只允許本質安全設備的區域（例如氣體環境）。根據歐盟委員會的報告編號，分布式溫度傳感器適用于監測危險區域。EUR 16011 EN（1994）。此外，由于光纖不易受電磁干擾，因此非常適用于發電站和配電線路的監控。

布式溫度傳感器具有1M激光安全等級 – 這意味著安裝現場不需要現場激光安全監控器。

什么是分布式溫度傳感器的最長范圍？

分布式溫度傳感器能夠使用單個DTS單元測量距離最遠60km的范圍。這意味著對于10km分布式溫度傳感單元，您可以擁有多達10,000個單獨的測量點。這可確保在極長距離內完全覆蓋您的資產。

有關我們的分布式溫度傳感產品系列的更多信息，請訪問我們的產品規格頁面。

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量0.01°C的溫度。有關實現此分辨率的測量時間的更多信息，請參閱我們的分布式溫度傳感器的規格表。

分布式溫度傳感器的傳感器測溫距離范圍

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。有關我們產品系列的更多信息，請訪問產品規格頁面

什么是壓力和溫度限制？

華光天銳的光纖測溫系統能夠在高溫以上長期運行 – 因此在油井等應用中沒有實際的溫度限制。由于光纖只是玻璃，實際的壓力限制來自機械部件，例如井口通過的壓力等級，而不是光纖本身。

您可以將其他應用程序用于DTS嗎？

分布式溫度傳感功能非常廣泛，潛在的應用非常廣泛。專注于四個主要市場領域 – 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用的一些想法：

• 結構監控 – 從橋梁到飛機機翼的任何事物 – 監控和了解運動，以實現更具成本效益的設計。
• 線性熱檢測
• 建筑溫度控制