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分散温度センシングの秘密兵器：OTDR および OFDR テクノロジーはどのようにして測定を高精度に行うのか？
今日の高度に自動化された産業環境では、温度を正確に測定する能力がますます重要になっています。分散温度検知システム (DTS) は、光ファイバー技術として、多くの分野で不可欠な役割を果たしてきました。この技術により、温度測定は事前に設定されたポイントに限定されず、光ファイバー全体にわたって連続的な温度プロファイル記録が可能になり、測定精度と範囲が大幅に向上します。
この技術により、温度変化によって光ファイバーの屈折率が局所的に変化することを利用して、1メートルの空間分解能と±1℃の精度でさまざまな距離で正確な測定が可能になります。
測定原理: ラマン効果
ガラス光ファイバーに対する温度、圧力、張力などの物理的測定パラメータの影響により、光の伝送特性が局所的に変化する可能性があるため、光ファイバーは線形センサーとして使用されます。熱の影響により固体内の格子振動が誘発されると、光が固体に照射され、光子が分子の電子と相互作用してラマン散乱が発生します。
ラマン散乱は、レイリー散乱、ストークス線、反ストークス線の 3 つのスペクトル成分に分けられます。線の強度は温度に比例します。
反ストークス線の光強度とストークス線の光強度の比を測定することで、光ファイバーの局所温度を導き出すことができます。この精密な測定原理により、DTS 技術は今日の産業において重要なツールとなっています。
測定原理: OTDR および OFDR 技術
分散温度センシング技術では、OTDR（光時間領域反射率測定法）とOFDR（光周波数領域反射率測定法）という2つの基本的な測定原理があります。 OTDR 技術は、20 年以上前に導入されて以来、主に上流および下流のレイリー エコー信号を通じて通信損失を測定する業界標準となっています。対照的に、OFDR は周波数ベースの応答情報を提供するため、全体的な測定プロセスが複雑になり、フーリエ変換が必要になります。
これらの技術により、DTS システムは 30 キロメートルを超える距離を分析し、0.01 ℃ 未満の温度分解能を実現し、幅広い業界に優れたアプリケーション機能を提供します。
センシングケーブルの構造とシステム統合
分散温度測定システムは、コントローラ（レーザー光源、パルス発生器、光モジュール、受信機、マイクロプロセッサユニットを含む）と線形温度センサーとしての石英ガラス光ファイバーで構成されています。このファイバーは最長 70 キロメートルの長さが可能で、パッシブな性質のため個別のセンシング ポイントを必要としないため、製造コストが大幅に削減され、コスト効率が向上します。
光ファイバー測定システムは可動部品のない設計のため、30 年以上の寿命が実現し、メンテナンスと運用のコストが大幅に削減されます。
これにより、DTS テクノロジーは柔軟性が高く、産業用制御システムに簡単に統合できます。現在、石油およびガス業界では、異なるシステム間の統合アプリケーションを容易にするために、データ転送用の XML 標準が採用されています。
レーザーの安全性とシステムの操作
光学テスト システムでは、長期的な設置の安全性を確保するためにレーザー セキュリティ要件を考慮する必要があります。多くの DTS システムでは、比較的安全に操作でき、専門のレーザー安全担当者を必要とせずに誰でも使用できる低出力レーザー設計 (クラス 1M など) が使用されています。爆発性雰囲気で使用される DTS システムでは、動作の安全性を確保するために、特定の低電力設計モデルが開発されています。
これらの技術の非電磁相互作用特性により、複雑な環境における安全リスクがさらに低減され、さまざまな産業用途に最適です。
温度推定と適用範囲
分散型温度センシング技術を使用することで、企業は石油・ガス生産、送電チャネルの監視、トンネルや産業施設での火災検知などの分野で成功を収めています。さらに重要なことは、この技術は、河川水温から地下水源の検出、さらには熱交換システムの温度設定に至るまで、環境モニタリングにも適用でき、その幅広さと柔軟性を示していることです。
分散型温度センシング技術の応用は、産業の発展を促進するだけでなく、環境保護や資源管理にも新たな可能性をもたらします。
このような技術の進歩は、業界の働き方を変えただけでなく、より高い解像度とより長い測定範囲の要求にもつながりました。これは、将来的に温度測定技術のさらなる革新も促進するのでしょうか?
