Language
Country/Area
No result found
السلاح السري لاستشعار درجة الحرارة الموزعة: كيف تجعل تقنيات OTDR وOFDR القياسات دقيقة للغاية؟
إن التغيرات المحلية في معامل الانكسار للألياف الضوئية الناتجة عن الاختلافات الحرارية تمكن هذه التقنية من إجراء قياسات دقيقة على مسافات مختلفة بدقة مكانية تبلغ 1 متر ودقة ±1 درجة مئوية.
مبدأ القياس: تأثير رامان
يمكن أن يؤدي تأثير معلمات القياس الفيزيائية مثل درجة الحرارة والضغط والتوتر على الألياف الضوئية الزجاجية إلى تغييرات محلية في خصائص انتقال الضوء، ولهذا السبب تُستخدم الألياف الضوئية كأجهزة استشعار خطية. عندما تسبب التأثيرات الحرارية اهتزازات الشبكة داخل مادة صلبة، يشع الضوء عليها وتتفاعل الفوتونات مع إلكترونات الجزيئات، مما يسبب تشتت رامان.
يمكن تقسيم التشتت رامان إلى ثلاثة مكونات طيفية: تشتت رايلي، وخط ستوكس، وخط ستوكس المضاد. وتتناسب شدة الخطوط مع درجة الحرارة.
من خلال قياس نسبة خط مكافحة ستوكس إلى شدة الضوء في خط ستوكس، يمكننا استنتاج درجة الحرارة المحلية للألياف الضوئية. يجعل مبدأ القياس الدقيق هذا من تقنية DTS أداة مهمة في الصناعة اليوم.
مبدأ القياس: تقنية OTDR وOFDR
في تكنولوجيا استشعار درجة الحرارة الموزعة، يعد OTDR (قياس الانعكاس في المجال الزمني البصري) وOFDR (قياس الانعكاس في المجال الترددي البصري) مبدأين أساسيين للقياس. منذ تقديمها قبل أكثر من 20 عامًا، أصبحت تقنية OTDR هي المعيار الصناعي لقياس خسائر الاتصالات، بشكل أساسي من خلال إشارات صدى رايلي العلوية والسفلية. في المقابل، يوفر OFDR معلومات استجابة تعتمد على التردد، مما يجعل عملية القياس الشاملة معقدة وتتطلب تحويل فورييه.
بفضل هذه التقنيات، أصبح نظام DTS قادرًا على تحليل مسافات تزيد عن 30 كيلومترًا وتحقيق دقة درجة حرارة أقل من 0.01 درجة مئوية، مما يوفر قدرات تطبيق ممتازة لمجموعة واسعة من الصناعات.
البنية والتكامل بين أنظمة كابلات الاستشعار
يتكون نظام قياس درجة الحرارة الموزعة من وحدة تحكم (بما في ذلك مصدر ليزر، ومولد نبضات، ووحدة بصرية، وجهاز استقبال، ووحدة معالج دقيق) وألياف بصرية من زجاج الكوارتز كمستشعر درجة حرارة خطي. وبما أن هذه الألياف يمكن أن يصل طولها إلى 70 كيلومترًا، وطبيعتها السلبية لا تتطلب نقاط استشعار فردية، فإن تكلفة إنتاجها تنخفض بشكل كبير، مما يجعلها أكثر فعالية من حيث التكلفة.يمنح تصميم نظام القياس بالألياف الضوئية الخالي من الأجزاء المتحركة عمرًا افتراضيًا يزيد عن 30 عامًا، مما يقلل بشكل كبير من تكاليف الصيانة والتشغيل.
هذا يجعل تقنية DTS مرنة للغاية وسهلة التكامل في أنظمة التحكم الصناعية. واليوم، في صناعة النفط والغاز، تم اعتماد معايير XML لنقل البيانات لتسهيل التطبيقات المتكاملة بين الأنظمة المختلفة.
سلامة الليزر وتشغيل النظام
في أنظمة الاختبار البصرية، يجب مراعاة متطلبات أمان الليزر لضمان سلامة التركيب على المدى الطويل. تستخدم العديد من أنظمة DTS تصميمات ليزر منخفضة الطاقة (على سبيل المثال، الفئة 1M) والتي تعد آمنة نسبيًا للتشغيل ويمكن لأي شخص استخدامها دون الحاجة إلى ضابط سلامة ليزر محترف. بالنسبة لأنظمة DTS المستخدمة في الأجواء المتفجرة، تم تطوير نماذج تصميم محددة منخفضة الطاقة لضمان السلامة التشغيلية.
إن خصائص التفاعل غير الكهرومغناطيسي لهذه التقنيات تعمل على تقليل مخاطر السلامة في البيئات المعقدة، مما يجعلها مثالية لمجموعة متنوعة من التطبيقات الصناعية.
تقدير درجة الحرارة ونطاق التطبيق
باستخدام تقنية استشعار درجة الحرارة الموزعة، حققت الشركات تطبيقات ناجحة في إنتاج النفط والغاز، ومراقبة قنوات نقل الطاقة، والكشف عن الحرائق في الأنفاق والمرافق الصناعية. والأمر الأكثر أهمية هو أن هذه التكنولوجيا يمكن تطبيقها أيضاً في مراقبة البيئة، من درجة حرارة التيار إلى اكتشاف مصدر المياه الجوفية، وحتى تكوين درجة الحرارة في أنظمة التبادل الحراري، وهو ما يظهر اتساعها ومرونتها.
إن تطبيق تكنولوجيا استشعار درجة الحرارة الموزعة لا يعزز التنمية الصناعية فحسب، بل يوفر أيضًا إمكانيات جديدة لحماية البيئة وإدارة الموارد.
لم يغير هذا التقدم التكنولوجي طريقة عمل الصناعة فحسب، بل أدى أيضًا إلى زيادة الطلب على دقة أعلى ونطاق قياس أطول. فهل سيعزز هذا أيضًا المزيد من الابتكار في تكنولوجيا قياس درجة الحرارة في المستقبل؟
