Language
Country/Area
No result found
Hành trình kỳ diệu của tán xạ Raman: Ánh sáng tiết lộ sức nóng tiềm ẩn như thế nào?
Với sự tiến bộ của công nghệ, hệ thống cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS) đang ngày càng trở thành một công cụ quan trọng trong các ứng dụng công nghiệp. Các hệ thống này sử dụng sợi quang làm cảm biến tuyến tính để đo nhiệt độ và có thể cung cấp khoảng cách đo lên tới 30 km và độ chính xác lên tới ±1°C, khiến chúng đóng vai trò quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp.
Hệ thống cảm biến nhiệt độ phân tán có thể thu được các cấu hình nhiệt độ liên tục thông qua phép đo sợi quang chứ không chỉ là các phép đo điểm-điểm.
Nguyên lý đo: Hiệu ứng Raman
Cốt lõi của hệ thống DTS nằm ở hiện tượng tán xạ Raman. Khi sợi chịu sự thay đổi nhiệt, điều này gây ra sự thay đổi cục bộ về chiết suất bên trong sợi. Những thay đổi này lần lượt gây ra sự tán xạ ánh sáng không đàn hồi, được gọi là tán xạ Raman. Năng lượng nhiệt trong sợi quang tồn tại dưới dạng dao động phân tử hoặc dao động mạng và những dao động phân tử tần số cao (10 THz) này đóng vai trò quyết định trong tán xạ Raman.
Ánh sáng sau tán xạ Raman tạo ra sự dịch chuyển quang phổ so với ánh sáng tới và sự dịch chuyển này là dấu hiệu của nhiệt độ.
Nguyên lý kỹ thuật: Công nghệ OTDR và OFDR
Trong công nghệ cảm biến phân tán, OTDR (phép đo phản xạ miền thời gian quang) và OFDR (phép đo phản xạ miền tần số quang) là hai nguyên tắc đo cơ bản. Việc sử dụng công nghệ OTDR giúp xác định các sự kiện nhiệt độ bằng cách phân tích ánh sáng tán xạ ngược, trong khi công nghệ OFDR sử dụng các phép đo tần số phức tạp hơn để thực hiện lập hồ sơ nhiệt độ chính xác.
Cốt lõi của những công nghệ này là sử dụng sự tán xạ ngược ánh sáng để tính toán sự thay đổi nhiệt độ.
Tích hợp hệ thống và thiết kế cáp quang
Thiết kế của hệ thống DTS bao gồm các thành phần như nguồn laser, bộ tạo xung và bộ thu và sử dụng sợi quang viễn thông tiêu chuẩn làm cảm biến. Thiết kế này không chỉ giúp giảm chi phí mà còn tăng tính linh hoạt khi lắp đặt. Vì bản thân sợi quang không có bộ phận chuyển động nên tuổi thọ của nó có thể vượt quá 30 năm, giúp giảm hơn nữa chi phí bảo trì và vận hành.
Các cân nhắc về an toàn và vận hành
Yêu cầu về an toàn laser phải được xem xét khi sử dụng hệ thống DTS quang học. Nhiều hệ thống sử dụng tia laser công suất thấp để đạt độ an toàn cao, trong khi một số hệ thống công suất cao hơn yêu cầu nhân viên an toàn được chứng nhận vận hành. Những cân nhắc về thiết kế như vậy cho phép DTS được sử dụng an toàn trong các khu vực nguy hiểm.
Trường ứng dụng
Cảm biến nhiệt độ phân tán có nhiều ứng dụng, bao gồm thăm dò dầu khí, giám sát cháy công nghiệp và giám sát môi trường. Dù là giám sát dưới lòng đất ở các mỏ dầu hay phát hiện cháy trong đường hầm, hệ thống DTS đều mang lại những lợi thế vô song.
Gần đây, hệ thống DTS cũng được sử dụng trong giám sát môi trường, chẳng hạn như phát hiện nhiệt độ dòng nước và nguồn nước ngầm.
Tóm lại, công nghệ cảm biến nhiệt độ phân tán đang nhận ra giá trị trong các ngành công nghiệp khác nhau nhờ các đặc tính hiệu quả và chính xác của nó. Nhưng khi nhận thức về những thay đổi của môi trường ngày càng sâu sắc, công nghệ này sẽ phát triển và ảnh hưởng đến cuộc sống của chúng ta như thế nào trong tương lai?
