分布式光纤温度测量 DTS

分布式光纤温度测量

分布式光纤温度测量系统(DTS)是通过光纤作为传感器来测量温度的光学仪器。光纤沿线的温度不仅仅是以点的形式，而是作为连续分布地被测录。即使是远距离外的某点温度也能被精确测量。

测量原理 — 拉曼效应

各类物理方面的条件，比如温度或压力以及拉力，可能会影响玻璃纤维以及改变当地光纤中光传输的特性。作为散射光在石英玻璃纤维中衰减的结果，外部物理影响的位置可以被确定，由此光纤可以被用作为线性传感器。

光纤是由混合石英玻璃制成的。石英玻璃是无定形固体结构二氧化硅（SiO2）的一种存在形式。热效应会引发固体内的晶格振荡。当光落在这些被热

量激发的分子振荡时，光粒子和分子电子之间会发生相互作用。光散射，也被称为拉曼散射，会发生在光纤上。与其他光不用，散射光经历了一个量相当于晶格振荡的共振频率的光谱变化。

因此，从光纤散射回来的光包含三种不同的光谱股：

波长等同于原激光源的瑞利散射，

具有较高波长的斯托克斯线，光子在其中生成，

以及具有比瑞利散射更低波长的反斯托克斯线，光子在其中被摧毁。

所谓反斯托克斯带的强度是随温度变化的，而斯托克斯带的强度则与温度无关。光纤的局部温度可由斯托克斯光与反斯托克斯光的强度比推测得出。

测量原理 -- 光频域反射技术

最新的分布式温度传感设备（DTS）都使用光频域反射（OFDR）方法。如果被检测

到的回波信号在整个测量时间段内被测算为复杂的频率函数，且满足傅里叶变换时，光频域反射系统（OFDR）将提供局部光纤的信息。光频域反射技术带来的基

本优势在于激光发射的准连续播模式以及光散射回来信号的窄带侦测，以此实现更高的信噪比，相对于传统的脉冲技术（OTDR）来说。此项技术优势使得不昂贵的半导体激光二极管和信号电子零件的运用成为可能。

光频域反射已经发展成为一个可以测量长度仅为几毫米尺寸的光学波导的表征的高分辨率测量方法。然而，LIOS技术有限公司将其率先运用于拉曼散射测量方式中，同时也是公司的专利。

基于分布式温度传感系统建立的示意系统

分布式温度测量系统包含一个控制器（频率生成器，激光源，光学模块，高频混频器，接收器和微型处理器单元）以及作为线状温度传感器的石英玻璃纤维（光纤）。

该设计为三通道，因为除了两条测量通道（反斯托克斯和斯托克斯）之外，还需要另一条参考通道。对应于光频域反射（OFDR）系统，在高频调制器

的帮助下，激光的输出功率在测量时间内从千赫兹开始直到兆赫兹，整体频率

成窦状。由此产生的频移是对反射区域分辨率的直接测量。通过光学模块，频率调制激光被连接到光纤传感器。

不断发射出的拉曼散射光在光模块中不断被光谱过滤，并通过光探测器转化为电子信号。然后测量信号在低频范围内被放大和混合。傅里叶变换的平均低

频信号生成两条拉曼散射曲线。这些散射曲线的幅值和被观测位置的拉曼散射强度成正比。感应管道光纤的温度则可通过两条测量通道的幅度比得出。

高新技术和工业实力

分布式温度测量光频域反射技术通过其在电信行业广为认证的光学元件使得精密光纤温度监测的价格更为适中。所使用的光源是一个现代化且持久的半导体激光二极管，用来取代常用于传统拉曼脉冲技术（OTDR）系统中的相对复杂的固态激光器。

半导体激光二极管已经通过严格的型式试验，符合Telcordia GR-

468可靠性测试标准，并符合电信标准，即至少能使用25年以上。不仅是激光二极管已经通过测试，各个独立的国际机构对整个系统进行了综合评估（比如德国

VdS，德国财产保险联合会），包括其中包括电磁干扰测试以及在加速老化环境下的使用寿命测试。

LIOS技术有限公司的分布式温度测量技术已经成功应用于各类严酷条件，诸如道路，隧道和高危建筑中的防火设施，电力电缆和运输线的监控，石油及天然气井下监控以及工业感应炉的监控。这些系统已经被应用于全球各地超过两千个项目之中。

LIOS技术有限公司的拉曼分布式温度测量光频域反射技术的主要优势： 可靠的系统设计以及使用经电信行业认证的关键部件

经电信行业认证的半导体激光二极管通过Telcordia GR-468标准测试,

使用寿命超过25年。

光频域反射技术通过其在电信行业广为认证的光学元件

使得精密光纤温度监测的价格更为适中

光频域反射技术带来的基本优势在于激光发射的准连续播模式以及光散

射回来信号的窄带侦测，以此实现更高的信噪比，相对于传统的脉冲技

术（OTDR）来说。此

项技术优势使得不昂贵的半导体激光二极管和信号电子零件的运用成为

可能。LIOS技术有限公司的分布式温度测量拉曼光频域反射技术被归为

1M类激光产品。

远距离温度测量时仍能达到精度1 米，甚至50 厘米的空间分辨率。

光

频域反射技术（OFDR ）所测算得出的沿整个传感器的空间分辨率能保持一致，这样就确保能在早期发现和测量非典型的热点，即使是在很远距离之外。相比于光

频域反射技术（OFDR ），其他的测量原理对色散效应比较敏感，因此在远距离测量时空间分辨率增大（比如激光脉冲原理，脉冲技术）；一言以蔽之，脉冲测量 法的热点敏感度随着距离越来越低。 直接连接至 SCADA 系统以及灵活的数据处理

DTS 控制器的嵌入式通信模块保证了在特定或者客户专有的协议上数据的安全性，如DNP3，IEC60870- 5，IEC61850标准，POSC

WITSML ，Modbus 协议（主/从）等。多个第三方系统可以在同时使。数据存储模块可以暂存最多72小时内的测量数据并在通讯线路重新设立后自动 开始数据传输。

国际认证和证书 - 测试和认证类型

因为意识到对于安全的要求越来越高，LIOS 技术有限公司的产品广为各大独立国际组织认证，如德国保险业联合会（Vds ），EXAM 认证和FM 认证。

令人印象深刻的销售历史 — 超过两千个永久性系统

LIOS 技术有限公司在不同领域都推广了自己的产品，并同相关应用领域和地区的主力军建立了伙伴关系。

LIOS Technology GmbH, 德国LIOS 技术有限公司。

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