Language
Country/Area
No result found
Vũ khí bí mật của cảm biến nhiệt độ phân tán: Làm thế nào công nghệ OTDR và OFDR có thể thực hiện các phép đo chính xác như vậy?
Trong môi trường công nghiệp tự động hóa cao hiện nay, khả năng đo nhiệt độ chính xác ngày càng trở nên quan trọng. Hệ thống cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS), là một công nghệ sợi quang, đã đóng vai trò không thể thiếu trong nhiều lĩnh vực. Với công nghệ này, phép đo nhiệt độ không chỉ giới hạn ở các điểm cài đặt trước mà có thể thực hiện ghi lại hồ sơ nhiệt độ liên tục dọc theo toàn bộ sợi quang, cải thiện đáng kể độ chính xác và phạm vi đo.
Sự thay đổi chiết suất cục bộ của sợi quang do biến đổi nhiệt độ cho phép công nghệ này thực hiện các phép đo chính xác ở các khoảng cách khác nhau với độ phân giải không gian là 1 mét và độ chính xác là ±1°C.
Nguyên lý đo lường: Hiệu ứng Raman
Ảnh hưởng của các thông số đo lường vật lý như nhiệt độ, áp suất và độ căng lên sợi quang thủy tinh có thể dẫn đến những thay đổi cục bộ trong đặc tính truyền ánh sáng, đó là lý do tại sao sợi quang được sử dụng làm cảm biến tuyến tính. Khi hiệu ứng nhiệt gây ra rung động mạng bên trong chất rắn, ánh sáng chiếu vào nó và các photon tương tác với các electron của phân tử, gây ra sự tán xạ Raman.
Tán xạ Raman có thể được chia thành ba thành phần quang phổ: Tán xạ Rayleigh, vạch Stokes và vạch phản Stokes. Cường độ của các vạch tỷ lệ thuận với nhiệt độ.
Bằng cách đo tỷ lệ giữa cường độ ánh sáng của đường chống Stokes và đường Stokes, chúng ta có thể suy ra nhiệt độ cục bộ của sợi quang. Nguyên lý đo lường chính xác này khiến công nghệ DTS trở thành một công cụ quan trọng trong ngành công nghiệp ngày nay.
Nguyên lý đo lường: Công nghệ OTDR và OFDR
Trong công nghệ cảm biến nhiệt độ phân tán, OTDR (Phản xạ miền thời gian quang học) và OFDR (Phản xạ miền tần số quang học) là hai nguyên tắc đo lường cơ bản. Kể từ khi ra đời cách đây hơn 20 năm, công nghệ OTDR đã trở thành tiêu chuẩn của ngành để đo tổn thất viễn thông, chủ yếu thông qua tín hiệu phản hồi Rayleigh ngược dòng và xuôi dòng. Ngược lại, OFDR cung cấp thông tin phản hồi dựa trên tần số, làm cho toàn bộ quá trình đo lường trở nên phức tạp và đòi hỏi phải có phép biến đổi Fourier.
Nhờ những công nghệ này, hệ thống DTS có thể phân tích khoảng cách vượt quá 30 km và đạt độ phân giải nhiệt độ dưới 0,01°C, mang lại khả năng ứng dụng tuyệt vời cho nhiều ngành công nghiệp.
Cấu trúc và hệ thống tích hợp của cáp cảm biến
Hệ thống đo nhiệt độ phân tán bao gồm bộ điều khiển (bao gồm nguồn laser, máy phát xung, mô-đun quang, bộ thu và bộ vi xử lý) và sợi quang thủy tinh thạch anh đóng vai trò là cảm biến nhiệt độ tuyến tính. Vì sợi quang này có thể dài tới 70 km và bản chất thụ động của nó không yêu cầu các điểm cảm biến riêng lẻ nên chi phí sản xuất giảm đáng kể, giúp tiết kiệm chi phí hơn.
Thiết kế không có bộ phận chuyển động của hệ thống đo sợi quang giúp hệ thống có tuổi thọ hơn 30 năm, giúp giảm đáng kể chi phí bảo trì và vận hành.
Điều này làm cho công nghệ DTS có tính linh hoạt cao và dễ tích hợp vào các hệ thống điều khiển công nghiệp. Ngày nay, trong ngành dầu khí, các tiêu chuẩn XML để truyền dữ liệu đã được áp dụng để tạo điều kiện cho các ứng dụng tích hợp giữa các hệ thống khác nhau.
An toàn laser và vận hành hệ thống
Trong các hệ thống kiểm tra quang học, các yêu cầu về an ninh laser phải được xem xét để đảm bảo an toàn lắp đặt lâu dài. Nhiều hệ thống DTS sử dụng thiết kế laser công suất thấp (ví dụ: Loại 1M) tương đối an toàn khi vận hành và bất kỳ ai cũng có thể sử dụng mà không cần đến nhân viên an toàn laser chuyên nghiệp. Đối với các hệ thống DTS được sử dụng trong môi trường dễ nổ, các mô hình thiết kế công suất thấp cụ thể đã được phát triển để đảm bảo an toàn khi vận hành.
Đặc tính tương tác phi điện từ của các công nghệ này làm giảm thêm rủi ro an toàn trong các môi trường phức tạp, khiến chúng trở nên lý tưởng cho nhiều ứng dụng công nghiệp.
Ước tính nhiệt độ và phạm vi ứng dụng
Bằng cách sử dụng công nghệ cảm biến nhiệt độ phân tán, các công ty đã đạt được những ứng dụng thành công trong sản xuất dầu khí, giám sát kênh truyền tải điện và phát hiện cháy trong đường hầm và các cơ sở công nghiệp. Quan trọng hơn, công nghệ này cũng có thể được áp dụng vào việc giám sát môi trường, từ nhiệt độ dòng chảy đến phát hiện nguồn nước ngầm, thậm chí là cấu hình nhiệt độ trong các hệ thống trao đổi nhiệt, cho thấy phạm vi và tính linh hoạt của nó.
Việc ứng dụng công nghệ cảm biến nhiệt độ phân tán không chỉ thúc đẩy phát triển công nghiệp mà còn mang đến khả năng mới cho việc bảo vệ môi trường và quản lý tài nguyên.
Tiến bộ công nghệ như vậy không chỉ thay đổi cách thức hoạt động của ngành mà còn dẫn đến nhu cầu về độ phân giải cao hơn và phạm vi đo lường dài hơn. Liệu điều này cũng thúc đẩy sự đổi mới hơn nữa trong công nghệ đo nhiệt độ trong tương lai không?
