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分布式温度感测的秘密武器：OTDR和OFDR技术如何让测量变得如此精确？
在当前高度自动化的工业环境中，准确测量温度的能力变得越来越重要。分布式温度感测系统（DTS），作为一种览光纤技术，已经在许多领域中发挥着不可或缺的作用。透过这项技术，温度测量不仅限于预设的点，而是可以沿着整条光纤进行持续的温度剖面记录，大幅提升了测量的准确性与范围。
由于热变化引起的光纤局部折射率变化，使得这项技术可以在不同距离上进行精确的测量，达到1米的空间分辨率，并保持±1°C的准确性。
测量原理：拉曼效应
温度、压力和张力等物理测量参数对玻璃光纤的影响会导致光的传输特性局部改变，这也是光纤被作为线性传感器的原因。当热效应引发固体内的晶格震动时，在光线照射下，光子与分子的电子间发生互动，进而引起拉曼散射现象。
拉曼散射会分为三种光谱成分：瑞利散射（Rayleigh scattering）、斯托克斯线（Stokes line）和反斯托克斯线（anti-Stokes line），其中反斯托克斯线的强度与温度成正比。
透过反斯托克斯线与斯托克斯线光强度的比率，我们便可导出光纤的局部温度，这一精确测量原理使得DTS技术成为现今工业界的重要工具。
测量原理：OTDR与OFDR技术
在分布式温度感测技术中，OTDR（光时域反射测量）和OFDR（光频域反射测量）是两种基本的测量原理。 OTDR技术自20多年前问世以来，成为电信损失测量的行业标准，主要是透过上下游的瑞利回散信号来进行。相对地，OFDR提供了基于频率的回应资讯，使得整体测量过程复杂且需进行傅立叶变换。
透过这些技术，DTS系统能够分析超过30公里的距离并实现小于0.01°C的温度分辨率，为各行各业提供优异的应用能力。
感测电缆的结构与系统集成
分布式温度测量系统由控制器（包括激光源、脉冲发生器、光模组、接收器及微处理器单元）以及作为线型温度感测器的石英玻璃光纤组成。由于这种光纤可以长达70公里，且其被动特性不需要个别感测点，因此其生产成本大大降低，使其更加经济高效。
光纤测量系统的无动部件设计使其具有超过30年的寿命，大幅降低了维护与操作成本。
这使得DTS技术在工业控制系统中具有高度灵活性，并且易于集成，如今在石油和天然气产业中，已经有针对数据传输的XML标准被采用，以便利不同系统之间的综合应用。
激光安全与系统运行
在光学测试系统中，必须考虑激光的安保需求，以确保长期安装的安全性。许多DTS系统使用低功率激光设计（例如，1M类别），这些系统的操作相对安全，即使无需专业的激光安全官员，也能被任何人使用。对于在爆炸性环境中使用的DTS系统，特定的低功率设计型号已确保了操作安全性。
这些技术的无电磁互动特性进一步降低了在复杂环境下的安全风险，使其在多种工业应用中成为理想选择。
温度估算与应用范围
利用分布式温度感测技术，企业在油气生产、电力传输通道监测、隧道及工业设施的火灾侦测等方面都取得了成功的应用。更重要的是，这项技术也能够应用于环境监测，从溪流温度到地下水源的检测，甚至是热交换系统中的温度配置，显示出其广泛性和灵活性。
分布式温度感测技术的应用不仅促进了产业发展，还对环保及资源管理提供了新的可能性。
这样的科技进步不仅改变了工业界的作业方式，也引导出对更高解析度与更长测量范围的要求，那么这是否也会促进未来温度测量技术的进一步革新呢？
