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A arma secreta do sensoriamento distribuído de temperatura: como as tecnologias OTDR e OFDR tornam as medições tão precisas?
Nos ambientes industriais altamente automatizados de hoje, a capacidade de medir a temperatura com precisão está se tornando cada vez mais importante. O sistema distribuído de detecção de temperatura (DTS), como tecnologia de fibra óptica, tem desempenhado um papel indispensável em muitos campos. Através desta tecnologia, a medição de temperatura não se limita a pontos predefinidos, mas pode registrar continuamente perfis de temperatura ao longo de toda a fibra óptica, melhorando significativamente a precisão e o alcance da medição.
Alterações no índice de refração local da fibra óptica devido a alterações térmicas permitem que esta tecnologia realize medições precisas em diferentes distâncias, alcançando uma resolução espacial de 1 metro e mantendo uma precisão de ±1°C.
Princípio de medição: efeito Raman
A influência dos parâmetros físicos de medição, como temperatura, pressão e tensão nas fibras ópticas de vidro, causará alterações locais nas características de transmissão da luz, razão pela qual as fibras ópticas são utilizadas como sensores lineares. Quando os efeitos térmicos desencadeiam vibrações na rede em um sólido, os fótons interagem com os elétrons das moléculas sob irradiação luminosa, causando o espalhamento Raman.
O espalhamento Raman pode ser dividido em três componentes espectrais: espalhamento Rayleigh, linha Stokes e linha anti-Stokes, entre os quais a linha anti-Stokes A força desta linha é proporcional à temperatura.
Através da proporção entre a intensidade da luz da linha anti-Stokes e da linha Stokes, podemos derivar a temperatura local da fibra óptica. Este princípio de medição preciso torna a tecnologia DTS uma ferramenta importante na indústria atual.
Princípio de medição: tecnologia OTDR e OFDR
Na tecnologia de detecção de temperatura distribuída, OTDR (refletometria óptica no domínio do tempo) e OFDR (refletometria óptica no domínio da frequência) são dois princípios básicos de medição. Desde o seu advento, há mais de 20 anos, a tecnologia OTDR tornou-se o padrão da indústria para medição de perdas em telecomunicações, principalmente através de sinais de retroespalhamento Rayleigh upstream e downstream. Em contraste, o OFDR fornece informações de resposta baseadas em frequência, tornando o processo geral de medição complexo e exigindo transformação de Fourier.
Através dessas tecnologias, o sistema DTS pode analisar distâncias de mais de 30 quilômetros e alcançar resoluções de temperatura inferiores a 0,01°C, proporcionando excelentes capacidades de aplicação para diversos setores.
Estrutura e integração do sistema do cabo sensor
O sistema de medição de temperatura distribuída consiste em um controlador (incluindo fonte de laser, gerador de pulso, módulo óptico, receptor e unidade microprocessadora) e fibra óptica de vidro de quartzo como sensor de temperatura linear. Como esta fibra pode ter até 70 quilómetros de comprimento e a sua natureza passiva não requer pontos de detecção individuais, os seus custos de produção são significativamente reduzidos, tornando-a mais económica.
O design sem peças móveis do sistema de medição de fibra óptica proporciona uma vida útil de mais de 30 anos, reduzindo significativamente os custos de manutenção e operação.
Isso torna a tecnologia DTS altamente flexível e fácil de integrar em sistemas de controle industrial. Hoje, na indústria de petróleo e gás, os padrões XML para transmissão de dados foram adotados para facilitar aplicações abrangentes entre diferentes sistemas.
Segurança do laser e operação do sistema
Em sistemas de teste óptico, as necessidades de segurança do laser devem ser consideradas para garantir a segurança da instalação a longo prazo. Muitos sistemas DTS usam designs de laser de baixa potência (por exemplo, Categoria 1M) que são relativamente seguros para operar e podem ser usados por qualquer pessoa sem a necessidade de um oficial profissional de segurança de laser. Para sistemas DTS usados em atmosferas explosivas, modelos específicos de design de baixa potência garantiram a segurança operacional.
A interação livre de eletromagnetismo dessas tecnologias reduz ainda mais os riscos de segurança em ambientes complexos, tornando-as ideais para uma variedade de aplicações industriais.
Estimativa de temperatura e faixa de aplicação
Usando tecnologia de detecção de temperatura distribuída, as empresas alcançaram aplicações bem-sucedidas na produção de petróleo e gás, monitoramento de canais de transmissão de energia e detecção de incêndio em túneis e instalações industriais. Além disso, esta tecnologia também pode ser aplicada ao monitoramento ambiental, desde a temperatura dos riachos até a detecção de fontes de água subterrânea, e até mesmo na configuração da temperatura em sistemas de troca de calor, mostrando sua amplitude e flexibilidade.
A aplicação da tecnologia distribuída de detecção de temperatura não apenas promove o desenvolvimento industrial, mas também oferece novas possibilidades de proteção ambiental e gestão de recursos.
Esse progresso tecnológico não só muda a forma como a indústria funciona, mas também leva a requisitos de maior resolução e maior alcance de medição. Isso também promoverá mais inovação na tecnologia de medição de temperatura no futuro?
