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标题: 分布式光纤测温DTS-分布式光纤温度传感系统DTS的优势与劣势 [打印本页]

作者: vgongye 时间: 2020-5-9 19:35
标题: 分布式光纤测温DTS-分布式光纤温度传感系统DTS的优势与劣势
关于DTS这个产品，有很多朋友，一些外行，或者电力石油等相关领域的朋友，甚至还有投资行业的都与我探讨过这个产品，到底这个产品怎么样，是一个什么样的产品，未来，可能会向哪个方向发展。我曾经参加了几乎所有的光纤传感技术产品的研发与销售（光纤光栅FBG解调仪，光纤光栅传感器，单模DTS产品，长距离DTS产品，高空间分辨率DTS产品，还有高温度精度的DTS产品，BOTDA产品研发，DAS分布式声传感系统产品研发（强度解调-相位解调），单光纤低成本OTDR可定位型周界安防系统，分防区式周界安防产品的研发，点式荧光测温产品研发，还有MZ干涉式以及sagnac干涉式的产品）。作为光电系统工程师，沉下心来，研发8年产品，再加上3年的市场开拓。我按我十多年的经验，按我的理解，表达一下我的看法，当然不一定准确，不一定全面。

分布式光纤测温系统DTS，产品本身怎么样，优势在哪里，劣势在哪里？

优势：用浅显的语言来说，就是线型而且容易施工，应用领域就是适合把3mm粗细的光缆，方便敷设的地方，比如油罐、电缆沟、电缆桥架、管廊、母线监测、地铁、油井等领域，这些领域大部分都是线型的需求，容易施工，设备放在设备间，接下的主要的任务就是把测温光缆敷设到待测物上，敷设到哪里，就可以感知到哪里的温度。敷设不到的地方，就感知不到。有人问，能感知到的温度场范围，这个没有什么争议的，与普通点式传感器一样，本身感知到多少温度就是多少温度，但是这个温度与点式温度不同主要原因在空间分辨率（但是接下来，我们要说劣势，就是感温空间分辨率的问题）。然后优势很多，有很多论文等都已经总结过了。我的理解最重要的优势就是线型，施工简单，单台设备所能承载的传感器数量理论上以达到20万个温度传感器以上（16通道设备，每个通道10多公里，相当于每1米一个温度点）。测温光缆强度足够的情况下，不容易损坏，这点与其它传感器不一样，点式传感器维护成本太高了，10000个以上的点式传感，东边不坏，西边坏，几年以后，成活率很低。

劣势：那分布式光纤测温系统有这么多优势，那劣势又在哪里呢，我个人觉得，主要是空间分辨率。为什么这么说呢，从用户的角度来说，并不关心你的技术有多么先进，用户如果用DTS，就关心温度本身。第一不能坏，第二要能够准。不会坏的这个问题，我觉得只要设备做的好，缆的强度足够，正常不会坏的，这个本身就是优势，不是劣势。接下来，我们要讨论的就是这个准，DTS测温到底准不准，这个怎么界定。我们举个例子，一段敷设了感温光纤的电缆沟，从设备端出来的光缆到此位置是第1000米，电缆沟的温度是30度，其中接头的位置大概在20公分，即0.2米左右，光缆是直线敷设的，也就是通过这个接头的感温光缆大概也是20公分，即0.2米，现在接头的位置，这0.2米的位置，发热了，实际温度从30度，缓慢升高至60度，那DTS光纤测温系统从后台，能测出来这个接头的位置发生了30度的温度升高，并且能测出来这个位置的温度达到了60度了吗？很显然，目前市场上的产品来言，答案是否定的。那这个是什么造成的这种结果呢，其实本质上来说是DTS光纤测温度系统的测量本质原理所造成的。就以上例子来说，DTS后台系统测量的结果，大概是什么样子的呢？ DTS的后台软件系统的温度曲线，会显示在1000米的位置处，有一个地方，温度上升了，有一个小的凸起，凸起的温度不是60度，而是32-33度，一般也不超过35度，但仍然能看到温度有变化了，这个地方的温度与周边温度不一样。这个时候，我们就要引入空间分辨率的概念，不同的空间分辨率的光纤测温设备测量的结果是不一样的。目前市场上空间分辨率一般有几下几个等级0.5米，1米，1.5米，2米，3米，5米。理论上来说空间分辨率越小越好，但同时，对系统的要求也会越来越高。比如0.5米的空间分辨率，就要求光脉冲要小于5ns，波形足够陡峭不能畸变，5ns的光能量很小，拉曼散射很弱，然后返回来的光通过了光电探测板，光电探测部分，要求带宽足够的窄，如果带宽太窄就会引入很大的噪声，本身拉曼散射已经很弱了，宽带又窄，那能量更小，噪声更大，温度精度就会大大受到影响。

但是0.5米的空间分辨，对应5ns的光脉冲，对于以上举例的测温系统就意义重大了。如果有一台0.5米空间分辨率的高端设备来测量同样的场景。那DTS软件后台，会看到什么结果呢，我们会看到1000米的位置，同样有一个凸起，这个凸起不再是32-35度的小凸起了，而是42-50度左右的温度凸起，已经非常接近实际温度的60度了。这个时候，非常容易设置报警条件，比如10度温升，比如40度以上定温报警。可能有人有疑问，3米空间分辨率的不是也可以看出来此位置不一样吗？，是的，但是报警条件如何设置了，如果设置32度报警，那有可能温度噪声就不止2度，很容易误报，而且也不合理。这个就是好多，外行人，在现场测试DTS测温设备，使用打火机，烧光缆的方式，结果很难报警，或者即使报警，温度变化也很小的主要原因。那对于这个劣势，我们要怎么去解决呢，有两个思路，一个是改变设备提高空间分辨率，这个难度是很大的，就像上面解释的，需要电路、软件、光路都要相应的升级，不然很难达到想要的结果。第二个思路是改变工程施工方法，比如同样以上举例的来说，这个接头位置很关键，我不要走走线，我可以把光缆绕成一个3米的光纤环把这个接头覆盖住，如果发热了，整个3米的光纤环都能感知得上，那温度就准确了，做到重点位置重点监测。同时，其它位置能多敷设光缆的，就多敷设光缆，光缆不值钱，可以多用一些，只为达到更好的效果。

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