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 импульсный лазер
Лазерные диоды накачки
Фотоприемники
Компактные переключатели
Прочие необходимые компоненты
+ Еще 2

Задающий импульсный лазер

Импульсный лазер используется для генерации зондирующего сигнала наносекундной длительности, который распространяется вдоль всего оптического волокна. Длительность импульсов волоконного лазера в схеме распределенного датчика температуры определяет его пространственное разрешение. 

Подходящие решения
 эрбиевый волоконный лазер.png Эрбиевый волоконный лазер VENUS для DTS Длина волны излучения 1550 нм Выходная мощность 30 Вт
волоконно-эрбиевый лазер.png
Волоконно-эрбиевый лазер с короткой длительностью импульса
Длина волны излучения 1550 нм Выходная мощность 1,5 Вт 

Лазерные диоды накачки

Лазерные диоды накачки предназначены для работы в волоконных усилителях, где используются активные волокна, легированные эрбием.

На что обращать внимание при выборе диодов накачки? В первую очередь на это:

  • Стабильный непрерывный режим работы
  • Выходную мощность лазерного диода
  • Корпус

Подходящие решения
 лазерный диод накачки 980 нм.png Лазерный диод накачки 980 нм Выходная мощность 180 мВт Корпус “Мини-бабочка” 10 pin

Вам также понадобятся:
Драйверы для лазерных диодов

Фотоприемники

Фотоприемник – одна из наиболее важных частей системы, от которой напрямую зависит точность определения температуры и пространственное разрешение прибора. В схеме распределенного датчика температуры необходимо подобрать фотоприемник, с достаточными характеристиками для детектирования стоксовой и антистоксовой компонент комбинационного рассеяния, центрированных на 1630 и 1430 нм соответственно.

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

Компактные переключатели

Переключатели на основе MEMS-технологий необходимы для реализации функции многоканальности прибора. Такой компонент перенаправляет входное излучение с помощью микрозеркала на один из N портов, что позволяет проводить опрос сразу нескольких волоконных линий в зависимости от количества портов переключателя.

На что обращать внимание при выборе MEMS-переключателя? В первую очередь это:

  • Максимальные вносимые потери
  • Повторяемость


Подходящие решения
 оптический переключатель сигнала.png Оптический MEMS переключатель сигнала 1х3..1х32  Максимальные вносимые потери 1,6 дБ Повторяемость 0,01 дБ
 высокоскоростной оптический переключатель сигнала.png Высокоскоростной оптический MEMS переключатель сигнала 1х3..1х32 Максимальные вносимые потери 2,0 дБ Повторяемость 0,002 дБ

Прочие необходимые компоненты

Подходящие решения
 трехпортовый оптический циркулятор.png Трехпортовый оптический циркулятор 1550 нм Максимальная мощность 300/500 мВт Изоляция 23-45 дБ
 уплотнитель сигнала.png Уплотнитель сигнала WDM 980/1550 Полоса пропускания 5-20 нм
Максимальные вносимые потери 0,35 дБ
 рамановский уплотнитель сигналов.png Рамановский уплотнитель сигналов 1450, 1550, 1660 нм
Максимальная мощность 500 мВт
Обратные потери 30 дБ
 ВБР.png Волоконная брэгговская решетка 1550 нм FWHM от 1,0 до 1,3 нм
Коэффициент отражения от 2 до 99%
 активное эрбиевое волокно.png Активное Er волокно 8/125 nLight Liekki
Рабочая длина волны 1550 нм
Числовая апертура NA=0,13
активное эрбиевое волокно российского производства.png
Активное Er волокно 8/125 Российское производство Рабочая длина волны 1550 нм
Числовая апертура NA=0,20 ± 0,2

Связаться с инженером Бесплатный звонок