什么是分布式光纖傳感技術

分布式傳感技術可以在光纖電纜的整個長度上進行連續,實時的測量。與依賴于在預定點測量的離散傳感器的傳統傳感器不同,分布式傳感不依賴于制造的傳感器而是利用光纖。光纖是傳感元件,在光路中沒有任何附加的傳感器。

詢問器根據雷達式過程操作:它向光纖發送一系列脈沖,并記錄自然發生的散射信號隨時間的返回。在此過程中,分布式傳感器測量沿光纖的所有點。

由于光纖是傳感器,它也是一種經濟有效的方法,即使在最惡劣和最不尋常的環境中也可輕松部署。

分布式傳感通常用于獲取溫度,應變和聲學數據。

光纖 – 傳感元件
光纖由與人發一樣薄的純玻璃(二氧化硅)制成。它由兩部分組成:內芯和外包層。包層是由較低折射率玻璃制成的玻璃層,以保持芯內光的引導。兩個部件均由單層或多層主聚合物涂層封裝,以保護和易于處理。

根據通信應用標準,有兩種主要類型的光纖。這些是用于長途通信的單模,以及用于短距離通信的多模。多模光纖具有比單模光纖(8-10微米)更大的芯(45至50微米),允許更多的光模式傳播。

如果我們包括標準丙烯酸酯涂層的厚度,則光纖的典型直徑為125微米,增加到250微米。多模光纖通常用于溫度傳感,而單模光纖主要用于分布式聲學傳感或應變傳感。

雖然溫度和聲學傳感器可以與單模或多模光纖一起使用,但是當它與多模一起使用時,溫度系統的性能會得到優化。聲學傳感器的性能通過單模光纖進行優化。

光纖電纜可以包含許多光纖,這些光纖可以是單一類型或兩者的組合。電纜結構取決于安裝,操作和應用條件。

分布式溫度傳感(DTS)如何工作?
DTS的基本原理是基于拉曼的溫度測量與光時域反射計(OTDR)相結合。短光脈沖射入光纖。向前傳播的光從沿光纖的所有點產生兩個不同波長的拉曼反向散射光。拉曼反向散射光的波長與前向傳播光的波長不同,并且被稱為“斯托克斯”和“反斯托克斯”。

監測斯托克斯和反斯托克斯光的振幅,并通過了解光纖內部的傳播速度來確定反向散射光的空間定位。斯托克斯光的振幅非常弱地依賴于溫度,而反斯托克斯光的振幅強烈依賴于溫度。利用斯托克斯振幅和反斯托克斯探測光的比率計算光纖內的溫度分布。

典型系統的特征在于空間和溫度分辨率。空間分辨率是傳感器測量沿光纖的溫度階躍變化的最小距離。溫度分辨率是區分絕對溫度的精度的度量。溫度分辨率取決于測量時間和發射脈沖重復率。激光脈沖能量和持續時間在測量最大長度上得到精確控制和優化,以在可接受的精度限制內提供最佳的溫度分辨率性能。隨著采樣時間的增加,溫度分辨率得到改善,分辨溫度變得更加準確。

DTS樣品的使用壽命相當高,能夠以12.5 cm的間隔記錄數據,溫度分辨率低至0.01°C。溫度分辨率,空間分辨率,測量時間和光纖之間存在性能折衷長度。空間分辨率和平均時間是用戶在ULTIMA DTS軟件中定義的,并且可以根據需要由操作員改變。

如何在智能分布式聲學傳感器,(IDAS?)工作?
iDAS技術測量沿著光纖數千米的所有點的聲信號,就好像它是一串麥克風一樣。

智能分布式聲學傳感器通過向光纖中注入激光脈沖來工作。當這個光脈沖沿著光路傳播時,光纖內的相互作用導致被稱為反向散射的光反射,這是由光纖內的微小應變事件決定的,而這些應變事件又是由局部聲能引起的。這種反向散射的光沿著光纖向上傳播到iDAS,在那里進行采樣。激光脈沖的時間同步允許反向散射事件準確地映射到光纖距離。

一旦光脈沖傳播到光纖的末端并且任何反射已經傳回到詢問器,光纖就可以被認為是“暗”并且可以引入隨后的激光脈沖而沒有干擾的風險。對于每個激光脈沖,沿著長度的每個點采樣整個光纖距離,通常每1米采樣一次。結果是沿著光纖的整個長度連續聲學采樣,沒有串擾,頻率范圍從毫赫茲到超過100kHz,動態范圍超過120dB。

iDAS與其他分布式聲學傳感器有何不同?
iDAS是一款真正的聲學傳感器,因為它可以忠實地再現聲音的相位,頻率和幅度。這種能力對于許多應用中使用的先進處理技術至關重要,并且目前市場上幾種DAS系統并不常見,這些系統可能無法提供高級處理所需的幅度穩定性或相位精度。

iDAS的一個關鍵區別特征是能夠在單模光纖和多模光纖上同樣良好地執行測量,這使得能夠將iDAS改裝為現有的多模光纖安裝或利用DTS多模光纜執行全面的iDAS服務。

分布式傳感系統用于哪些地方?
已經為石油和天然氣工業開發了分布式傳感系統,以幫助油藏工程師優化油井壽命。如今,他們發現了各種各樣的應用,如過程容器,儲罐和管道系統中的完整性監控工具,為操作員提供工具來安排維護程序并最大限度地延長使用壽命。

分布式光纖監控可在大表面,長距離和傳統點感應不適用或成本效益的位置提供高空間和時間分布。

關鍵詞:

光纖聯系

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