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L'arma segreta del rilevamento distribuito della temperatura: come fanno le tecnologie OTDR e OFDR a rendere le misurazioni così precise?
Negli attuali ambienti industriali altamente automatizzati, la capacità di misurare con precisione la temperatura sta diventando sempre più importante. Il sistema di rilevamento distribuito della temperatura (DTS), in quanto tecnologia a fibra ottica, ha svolto un ruolo indispensabile in molti campi. Grazie a questa tecnologia, la misurazione della temperatura non si limita a punti preimpostati, ma è possibile effettuare una registrazione continua del profilo di temperatura lungo l'intera fibra ottica, migliorando notevolmente la precisione e la portata della misurazione.
Le variazioni locali dell'indice di rifrazione della fibra ottica causate dalle variazioni termiche consentono a questa tecnologia di effettuare misurazioni precise a diverse distanze con una risoluzione spaziale di 1 metro e un'accuratezza di ±1°C.
Principio di misura: effetto Raman
L'influenza di parametri di misurazione fisici quali temperatura, pressione e tensione sulle fibre ottiche in vetro può portare a modifiche locali nelle caratteristiche di trasmissione della luce, motivo per cui le fibre ottiche vengono utilizzate come sensori lineari. Quando gli effetti termici inducono vibrazioni reticolari all'interno di un solido, la luce lo irradia e i fotoni interagiscono con gli elettroni delle molecole, causando la diffusione Raman.
La diffusione Raman può essere divisa in tre componenti spettrali: diffusione Rayleigh, linea di Stokes e linea anti-Stokes. L'intensità delle linee è proporzionale alla temperatura.
Misurando il rapporto tra la linea anti-Stokes e l'intensità luminosa della linea Stokes, possiamo ricavare la temperatura locale della fibra ottica. Questo preciso principio di misurazione rende la tecnologia DTS uno strumento importante nell'industria odierna.
Principio di misura: tecnologia OTDR e OFDR
Nella tecnologia di rilevamento della temperatura distribuita, OTDR (riflettometria ottica nel dominio del tempo) e OFDR (riflettometria ottica nel dominio della frequenza) sono due principi di misurazione di base. Sin dalla sua introduzione, avvenuta più di 20 anni fa, la tecnologia OTDR è diventata lo standard del settore per la misurazione delle perdite nelle telecomunicazioni, principalmente attraverso segnali di eco di Rayleigh a monte e a valle. Al contrario, l'OFDR fornisce informazioni sulla risposta basate sulla frequenza, il che rende complesso il processo di misurazione complessivo e richiede la trasformata di Fourier.
Grazie a queste tecnologie, il sistema DTS è in grado di analizzare distanze superiori a 30 chilometri e di raggiungere una risoluzione della temperatura inferiore a 0,01°C, offrendo eccellenti capacità applicative per un'ampia gamma di settori.
Struttura e integrazione di sistema dei cavi di rilevamento
Il sistema di misurazione della temperatura distribuita è costituito da un controller (comprensivo di una sorgente laser, un generatore di impulsi, un modulo ottico, un ricevitore e un'unità microprocessore) e da una fibra ottica in vetro di quarzo come sensore di temperatura lineare. Poiché questa fibra può essere lunga fino a 70 chilometri e la sua natura passiva non richiede punti di rilevamento individuali, i suoi costi di produzione risultano notevolmente ridotti, rendendola più conveniente.
Il sistema di misurazione in fibra ottica, progettato senza parti in movimento, ha una durata di oltre 30 anni, riducendo significativamente i costi di manutenzione e di esercizio.
Ciò rende la tecnologia DTS altamente flessibile e facile da integrare nei sistemi di controllo industriale. Oggi, nel settore petrolifero e del gas, sono stati adottati standard XML per la trasmissione dei dati per facilitare le applicazioni integrate tra sistemi diversi.
Sicurezza laser e funzionamento del sistema
Nei sistemi di test ottici, è necessario tenere conto dei requisiti di sicurezza laser per garantire la sicurezza dell'installazione a lungo termine. Molti sistemi DTS utilizzano laser a bassa potenza (ad esempio, Classe 1M) il cui funzionamento è relativamente sicuro e può essere utilizzato da chiunque, senza la necessità di un addetto alla sicurezza laser professionista. Per i sistemi DTS utilizzati in atmosfere esplosive sono stati sviluppati specifici modelli di progettazione a basso consumo per garantire la sicurezza operativa.
Le caratteristiche di interazione non elettromagnetica di queste tecnologie riducono ulteriormente i rischi per la sicurezza in ambienti complessi, rendendole ideali per una vasta gamma di applicazioni industriali.
Stima della temperatura e intervallo di applicazione
Utilizzando la tecnologia di rilevamento della temperatura distribuita, le aziende hanno ottenuto risultati di successo in applicazioni quali la produzione di petrolio e gas, il monitoraggio dei canali di trasmissione di energia e il rilevamento di incendi in tunnel e impianti industriali. Ancora più importante, questa tecnologia può essere applicata anche al monitoraggio ambientale, dalla temperatura dei corsi d'acqua al rilevamento delle fonti di acqua sotterranea, e persino alla configurazione della temperatura nei sistemi di scambio termico, dimostrando la sua ampiezza e flessibilità.
L'applicazione della tecnologia di rilevamento distribuito della temperatura non solo promuove lo sviluppo industriale, ma offre anche nuove possibilità per la tutela dell'ambiente e la gestione delle risorse.
Tale progresso tecnologico non ha solo cambiato il modo in cui lavora l'industria, ma ha anche portato alla richiesta di una risoluzione più elevata e di un intervallo di misurazione più lungo. Ciò promuoverà anche un'ulteriore innovazione nella tecnologia di misurazione della temperatura in futuro?
