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分布式溫度感測的秘密武器：OTDR和OFDR技術如何讓測量變得如此精確？
在當前高度自動化的工業環境中，準確測量溫度的能力變得越來越重要。分布式溫度感測系統（DTS），作為一種覽光纖技術，已經在許多領域中發揮著不可或缺的作用。透過這項技術，溫度測量不僅限於預設的點，而是可以沿著整條光纖進行持續的溫度剖面記錄，大幅提升了測量的準確性與範圍。
由於熱變化引起的光纖局部折射率變化，使得這項技術可以在不同距離上進行精確的測量，達到1米的空間分辨率，並保持±1°C的準確性。
測量原理：拉曼效應
溫度、壓力和張力等物理測量參數對玻璃光纖的影響會導致光的傳輸特性局部改變，這也是光纖被作為線性傳感器的原因。當熱效應引發固體內的晶格震動時，在光線照射下，光子與分子的電子間發生互動，進而引起拉曼散射現象。
拉曼散射會分為三種光譜成分：瑞利散射（Rayleigh scattering）、斯托克斯線（Stokes line）和反斯托克斯線（anti-Stokes line），其中反斯托克斯線的強度與溫度成正比。
透過反斯托克斯線與斯托克斯線光強度的比率，我們便可導出光纖的局部溫度，這一精確測量原理使得DTS技術成為現今工業界的重要工具。
測量原理：OTDR與OFDR技術
在分布式溫度感測技術中，OTDR（光時域反射測量）和OFDR（光頻域反射測量）是兩種基本的測量原理。OTDR技術自20多年前問世以來，成為電信損失測量的行業標準，主要是透過上下游的瑞利回散信號來進行。相對地，OFDR提供了基於頻率的回應資訊，使得整體測量過程複雜且需進行傅立葉變換。
透過這些技術，DTS系統能夠分析超過30公里的距離並實現小於0.01°C的溫度分辨率，為各行各業提供優異的應用能力。
感測電纜的結構與系統集成
分布式溫度測量系統由控制器（包括激光源、脈衝發生器、光模組、接收器及微處理器單元）以及作為線型溫度感測器的石英玻璃光纖組成。由於這種光纖可以長達70公里，且其被動特性不需要個別感測點，因此其生產成本大大降低，使其更加經濟高效。
光纖測量系統的無動部件設計使其具有超過30年的壽命，大幅降低了維護與操作成本。
這使得DTS技術在工業控制系統中具有高度靈活性，並且易於集成，如今在石油和天然氣產業中，已經有針對數據傳輸的XML標準被採用，以便利不同系統之間的綜合應用。
激光安全與系統運行
在光學測試系統中，必須考慮激光的安保需求，以確保長期安裝的安全性。許多DTS系統使用低功率激光設計（例如，1M類別），這些系統的操作相對安全，即使無需專業的激光安全官員，也能被任何人使用。對於在爆炸性環境中使用的DTS系統，特定的低功率設計型號已確保了操作安全性。
這些技術的無電磁互動特性進一步降低了在複雜環境下的安全風險，使其在多種工業應用中成為理想選擇。
溫度估算與應用範圍
利用分布式溫度感測技術，企業在油氣生產、電力傳輸通道監測、隧道及工業設施的火災偵測等方面都取得了成功的應用。更重要的是，這項技術也能夠應用於環境監測，從溪流溫度到地下水源的檢測，甚至是熱交換系統中的溫度配置，顯示出其廣泛性和靈活性。
分布式溫度感測技術的應用不僅促進了產業發展，還對環保及資源管理提供了新的可能性。
這樣的科技進步不僅改變了工業界的作業方式，也引導出對更高解析度與更長測量範圍的要求，那麼這是否也會促進未來溫度測量技術的進一步革新呢？
