Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования.
Резидент Технопарка ИТМО
+7 (812) 612-99-82
Санкт-Петербург
+7 (964) 442-90-01
Новосибирск
+7 (964) 442-90-01
Владивосток
8 (800) 551-57-49
Звонок бесплатный по РФ
Перезвоните мне
Оставьте заявку
Ru En
0
Каталог

Проектирование распределенного датчика температуры (DTS)

Описание
Схема
Компоненты

Распределённые системы мониторинга температуры (DTS - Distributed Temperature Sensing) предназначены для обеспечения безопасности, работоспособности и эффективности в различных отраслях. 

Принцип действия систем основан на неупругом рассеянии света – комбинационном (рамановском) рассеянии импульсного лазерного излучения, распространяющегося в оптическом волокне. Спектр рассеянного излучения имеет две боковые составляющие – стоксовскую и антистоксовскую. Отношение интенсивностей, указанных составляющих комбинационного рассеяния зависит от температуры оптического волокна. Значения интенсивностей стоксовской и антистоксовской компонент рассеянного излучения регистрируют в зависимости от времени для множества точек вдоль оптического волокна, таким образом, после соответствующей обработки сигналов, получая распределение температуры оптического волокна по его длине. 

DTS_1.png


Как описано выше, комбинационное рассеяние света сопровождается появлением дополнительных сдвинутых по частоте спектральных компонент в рассеянном свете. Количество и спектральное положение этих линий зависят от структурных характеристик рассеивающего вещества. В КР происходит обмен энергией между падающим фотоном и молекулой вещества: если молекула переходит из основного состояния в возбуждённое, то рассеянный фотон смещается по частоте в красную область спектра и таким образом генерируется стоксова компонента КР (Рисунок 3). Возможен также и обратный процесс, когда структурная молекула теряет энергию и перерассеянный фотон с более высокой энергией генерирует антистоксову линию в синей области спектра относительно линии накачки. Очевидно, что заселённость возбуждённого уровня напрямую зависит от температуры вещества, а значит и интенсивность антистоксовой компоненты будет проявлять температурную зависимость. Таким образом, регистрируя временную динамику интенсивности антистоксовой компоненты КР при зондировании волокна импульсным излучением, с помощью такого датчика можно проводить измерения температуры вдоль волокна.

рисунок 3 - спектр комбинационного рассеяния в оптоволокне.png

Рисунок 3 - Спектр комбинационного рассеяния в оптоволокне SMF-28


Основными элементами системы являются источник монохроматического света – импульсный лазер, оптическое волокно, спектрометр, позволяющий проводить измерения спектров излучения, испытавшего обратное рассеяние, а также элементы электронно-вычислительной техники. Все указанные элементы объединены в единый блок обработки.

система мониторинга температуры схема.png


  • В состав лазерного модуля входит токовый драйвер, который обеспечивает питание, термостабилизацию и управление импульсным лазером, который создает первичный зондирующий импульс длиной 10-40 нс. Токовый драйвер имеет цифро-аналоговый преобразователь для преобразования цифрового сигнала синхронизации в аналоговый сигнал, управляющий генерацией лазерного импульса, а также величиной силы тока, подаваемой на лазер, и аналого-цифровой преобразователь для обратной связи, управления. Малоинтенсивный лазерный импульс (типичная пиковая мощность 2-5 мВт) усиливается (К=30-40 dB) при помощи двухпроходного эрбиевого усилителя с полупроводниковой накачкой (980 нм). 

  • Система управления двумя лазерами (импульсным и лазером накачки усилителя) позволяет варьировать характеристики выходного импульса в широком диапазоне таких параметров как длина импульса, интенсивность, форма, скважность и др. 
  • При необходимости последовательного измерения нескольких оптических линий в схему добавляется оптический переключатель (свитч).
  • Обратно отражённое рассеянное излучение фильтруется при помощи WDM, целью которого является разделение стоксовой и антистоксовой компонент в разные каналы. При этом важной задачей является подавление интенсивной (на три порядка сильнее антистокса) рэлеевской компоненты, наличие которой в полезном сигнале может привести к существенному снижению соотношения сигнал/шум. 
  • Стоксова и антистоксова компоненты преобразуются в электрический сигнал, усиливаются, а затем оцифровываются при помощи высокоскоростного АЦП. Накопление и усреднение рефлектограмм производится при помощи ПЛИС, а за вычисление температуры по калибровочным коэффициентам отвечает процессор.


Задающий непрерывный лазер
Волоконный эрбиевый усилитель
Фотоприемники
Акустооптические модуляторы
Прочие необходимые компоненты
+ Еще 2

Задающий непрерывный лазер

Для обеспечения наилучшей работы распределенного акустического датчика необходим непрерывный источник излучения, обладающий одновременно узким спектром (большой длиной когерентности), воcпроизводимостью частоты и большим контрастом.

Подходящие решения
 эрбиевый волоконный лазер.png Эрбиевый волоконный одночастотный лазер
Выходная мощность 5-100 мВт Ширина линии излучения 8-10 кГц
Одночастотный CW узкополосный эрбиевый лазер.png
Одночастотный CW узкополосный эрбиевый лазер
Выходная мощность 40 мВт - 10 Вт Ширина линии излучения < 1 кГц
 ECL лазерный модуль.png ECL лазерный модуль Выходная мощность 10-30 мВт  Ширина линии излучения < 15 кГц

Волоконный эрбиевый усилитель

Эрбиевый усилитель используется для увеличения амплитуды сигнала в распределенных датчиках, что может позволить производить многокональнае приборы с большой длиной волоконных линий.

Подходящие решения
 Волоконный эрбиевый усилитель таблица.png Волоконный эрбиевый усилитель Выходная мощность до 10 Вт Ширина линии входного сигнала 0,01 кГц

Фотоприемники

Фотоприемник – одна из наиболее важных частей системы, от которой напрямую зависит точность результатов измерения распределенного акустического датчика.

На что обращать внимание при выборе фотоприемников? В первую очередь это:

  • Спектральный диапазон
  • Темновой уровень шума
  • Полоса пропускания 
  • Коэффициент усиления

Подходящие решения
 балансный фотоприемник.png Балансный фотоприемник Спектральный диапазон 950-1650 нм Коэффициент усиления 2х10^6 Полоса пропускания 3 dB 0-200 МГц
лавинный фотоприемник.png
Лавинный фотоприемник
Спектральный диапазон 950-1650 нм
Коэффициент усиления 2,5х10^4 Полоса пропускания 3 dB 5-1000 МГц

Акустооптические модуляторы

Акустооптический модулятор используется для модуляции частоты оптического сигнала, поступающего от источника излучения.

Подходящие решения
Акустооптический модулятор.png  Акустооптический модулятор
Частота модуляции 100 МГц
Рабочая длина волны 1550 нм
Электрооптический модулятор.png
Электрооптический модулятор
Электрооптическая полоса пропускания 33 ГГц
Вносимые потери 2,5 дБ

Прочие необходимые компоненты

Подходящие решения
 трехпортовый оптический циркулятор.png Трехпортовый оптический циркулятор 1550 нм Максимальная мощность 300/500 мВт Изоляция 23-45 дБ
Стандартный одномодовый сплиттер.png
Стандартный одномодовый сплиттер
Полоса пропускания +/-15 нм
Вносимые потери <3,5 дБ

Связаться с инженером Бесплатный звонок