什么是分布式温度传感系统？
分布式温度传感系统(DTS)利用光纤本身作为传感元件，测量光纤电缆长度范围内的温度分布。与传统的电气温度测量(热电偶和RTD)不同，光纤电缆本身即是温度传感器。分布式温度传感系统可以提供长距离范围内数千个精确的温度测量数据。与传统的电气温度测量相比，分布式温度传感系统是一种低成本的测量方法，测量的温度值精确且分辨率高。
系统配置示例
分布式温度传感系统的工作原理？
横河电机的DTSX3000利用拉曼散射原理，可以测量光纤长度距离内的温度。发射到光纤中的光脉冲(激光脉冲)在光纤中传播时，会受到光纤玻璃分子影响发生散射，并与晶格振动交换能量。随着光脉冲在光纤电缆中散射，会产生波长较长的斯托克斯信号(STOKES SIGNAL)和波长较短的反斯托克斯信号(ANTI-STOKES SIGNAL)，这两种信号均由光源所发射光的偏移形成。这两种信号的强度比取决于发生拉曼散射位置的温度。因此，通过测量斯托克斯和反斯托克斯信号的强度，可以确定该温度。此外，散射光的一部分(即反向散射光)会被导回至光源处。因此，通过测量反向散射光返回光源所需要的时间，可以确定温度读数的位置。
什么是拉曼散射原理？
所有光都会和物体发生相互作用。例如，想象一下，在一个无外部光源的黑暗车库中，有一辆亮红色的跑车。毋庸置疑，您看不到跑车，更看不到它的颜色。但是，如果打开车库内的灯，便可以立即看到光源反射车的亮红色。红色跑车反射光源的光，但只反射“红色”光谱，因此，可以看到跑车，且是红色的。
将光脉冲(激光脉冲)射向分子时，该现象同样适用。此时所说的分子即光纤电缆中的光纤玻璃分子。当光源的光进入光纤电缆时，大多数光波长保持不变，原样反射(反向散射)回去了。但是，有一小部分光发生了偏移/变化。光源发生的偏移/变化即称“拉曼散射”。由于拉曼散射受温度影响，因此其强度取决于温度。分布式温度传感系统可以捕捉光脉冲传播时的偏移/变化，并测量两个信号(斯托克斯和反斯托克斯)的强度。
使用DTS的优势是什么？
- 成本。当应用需要成千上百个传感器进行测量时，各传感器与数据采集站之间的接线成本会非常高，而使用光纤电缆获取精确的高分辨率温度测量值非常经济划算。
- 测量距离长。使用传统的电气测量传感器很难测量较远距离的温度。DTS光纤电缆不仅可用于远距离，还可以提供高分辨率的区域记录以及该距离的精确温度测量值。
- 可用于高电磁干扰环境。由于光的特性，DTS不受电磁干扰的影响。与传统的电气测量传感器(热电偶和RTD)不同，光纤中没有电气元件，因此不受电磁干扰影响。
- 无需考虑传感器安装位置。在实际应用中，不可能始终提前正确定位温度传感器的位置。由于DTS在较长距离的测量中不受空间限制，工程师可以在同一区域缠绕多圈光纤，以确保精确的温度测量。
详细介绍
DTSX200规格
有关详细规格，请参阅一般规格书。
| 项目 | 规格 | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 分布式温度测量 | 距离 | 测量距离范围 | 1 km, 2 km, 3 km, 4 km, 6 km | |||
| 采样分辨率 | 10 cm, 20 cm, 50 cm, 1 m | |||||
| 空间分辨率 | 1 m (10 ~ 90 %) | |||||
| 温度 | 测量温度范围 | -200 ~ +300 °C | ||||
| 温度分辨率 | 范围 | |||||
| 时间 | 1 km | 3 km | 6 km | |||
| 10秒 | 0.5 | 1.1 | 4.2 °C | |||
| 1 分钟 | 0.3 | 0.6 | 2.1 | |||
| 10 分钟 | 0.1 | 0.2 | 0.7 | |||
| (1 σ，不带光学开关) | ||||||
| 传感器光纤 | 光纤 | 50 / 125 μm GI (光纤端部，无反射) |
||||
| 光学接头 | E2000 / APC | |||||
| 接口 | 串口 (RS-232C) |
3端口，非隔离，RJ45模块化插座 全双工，异步 |
||||
| SERIAL 1 | 功能：通信(Modbus) 波特率：1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 38.4, 57.6, 115.2 kbps |
|||||
| SERIAL 2 | 功能：通信(Modbus) 波特率：1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 38.4 |
|||||
| SERIAL 3 | 功能：维护(私有) | |||||
| 以太网接口 | LAN | 1端口，10BASE-T或100BASE-TX， RJ45模块化插座，自动协调， 自动MDI，带电源开关(ON/OFF) |
||||
| 显示器 | LEDs: HRDY, RDY, LASER ON | |||||
| 电源 | 功耗 | 运行模式 | 10 W | |||
| 省电模式 | 2.1 W | |||||
| 尺寸(宽×高×深) | 197.8 x 132.0 x 162.2 mm (6 个插槽宽度) | |||||
| 重量 | 2.5 kg | |||||
在温度分布测量之前，需要使用DTSX200的传感器光纤进行温度标定。
规格
| 项目 | 规格 | |||
|---|---|---|---|---|
| 型号 | DTOS2 | DTOS4 | DTOS16 | |
| 插损 | 0.6 dB (标准) 1.4 dB (最大) |
1.0 dB (标准) 3.0 dB (最大) |
0.8 dB (标准) 1.4 dB (最大) |
|
| 分布式温度测量 | 测量 | 单端、双端 | ||
| 传感器光纤 | 光纤 | 50/125 μm GI 闭端，要求无反射 | ||
| 光学接头 | E2000/APC | |||
| 光学通道 | 2 通道 | 4 通道 | 16 通道 | |
| 接口 | 控制 | 由DTSX3000控制 | ||
| 显示器 | LED：HRDY、RDY、报警、活动通道 | |||
| 电源 | 功耗 | 1 W | 1 W | 运行模式 4 W 省电模式 1 W |
| 尺寸(宽×高×深) | 65.8 x 130.0 x 160.3 mm (2 个插槽宽度) |
65.8 x 130.0 x 160.3 mm (2 个插槽宽度) |
65.8 x 130.0 x 160.3 mm (2 个插槽宽度) |
|
| 重量 | 0.6 kg | 0.64 kg | ||
注释：建议模块应定期更换，15秒、20秒和30秒测量持续运行时应分别每4.7年、6年和9.5年更换一次。
符合的标准
| 项目 | 规格 (✓: 兼容) |
后缀代码 | ||
|---|---|---|---|---|
| 0: 标准 | 9: EAC标志 | |||
| 安全标准 | CSA C22.2 No. 61010-1-04 | ✓ | ||
| EN 61010-1:2010 | ✓ | |||
| EN 61010-2:2010 | ✓ | |||
| CU TR 004 | ✓ | |||
| EMC标准 | CE标志 | EN 55011: 2009 +A1:2010 Class A Group 1 EN 61000-6-2:2005 EN 61000-3-2:2006 +A1:2009 + A2:2009 EN 61000-3-3:2008 |
✓ | |
| RCM | EN 55011:2009 +A1:2010 Class A Group 1 | ✓ | ||
| KC 标志 | 韩国电磁一致性标准 | ✓ | ||
| EAC 标志 | CU TR 020 | ✓ | ||
| 激光安全性 | 等级 | IEC 60825-1/2007, EN 60825-1 Class 1M | ✓ | ✓ |
| FDA (CDRH) | 21CFR Part 1040.10 | ✓ | ✓ | |
| 用于危险区域设备的标准 | FM 非易燃 |
Class I, Division 2, Groups A, B, C, D T4 FM 3600-2011 FM 3611-2004 FM 3810-2005 |
✓ | |
| ATEX “n”型 |
II 3 G Ex nA ic [op is] II C T4 Gc X EN 60079-0:2009, 2012 EN 60079-11:2012 EN 60079-15:2010 EN 60079-28:2007 |
✓ | ||
| CSA 非易燃 |
Class I, Division 2, Groups A, B, C, D T4 C22.2 No. 0-10 CAN/CSA-C22.2 No. 0.4-04 C22.2 No. 213-M1987 TN-078 |
✓ | ||
注释：在欧盟法律规定下，制造商以及在EEA (欧洲经济区)授权的代理商如下：
制造商：横河电机株式会社(日本东京都武藏野市中町2-9-32，邮编：180-8750)。在EEA授权的代理商：Yokogawa Europe B.V. (Euroweg 2, 3825 HD Amersfoort, The Netherlands)。
模块和模块说明列表
| 类型 | 型号 | 功能 | 防爆 | ||
|---|---|---|---|---|---|
| FM NI | ATEX | CSA | |||
| “n”型 | NI | ||||
| DTSX200分布式温度传感器 | DTSX200 | 分布式温度传感器 | レ | レ | レ |
| 电源模块 | NFPW426 | 电源模块 (10～30 V DC输入) |
レ | レ | レ |
| NFPW441 | 电源模块 (100～120 V AC输入) |
レ | レ | レ | |
| NFPW442 | 电源模块 (220～240 V AC输入) |
- | - | - | |
| NFPW444 | 电源模块 (21.6～31.2 V DC输入) |
レ | レ | レ | |
| DTSX200的基座模块 | DTSBM10 | DTSX200的基座模块 | レ | レ | レ |
| 光学开关模块 | DTOS2 | 光学开关模块(2通道) | レ | レ | レ |
| DTOS4 | 光学开关模块(4通道) | レ | レ | レ | |
| DTOS16 | 光学开关模块(16通道) | レ | レ | レ | |
| CPU模块 | NFCP050 | CPU模块 | レ | レ | レ |
| 机架安装包 | DTRK10 | 用于光纤的机架安装 | N.A. | N.A. | N.A. |
| 用于DTSX的光纤 | DTFB10 | 用于DTSX的光纤 | N.A. | N.A. | N.A. |
レ: 符合
-: 尚不符合
N.A.: 不适用有关电源模块和CPU模块的详细信息，请参阅GS 34P02Q13-01E和GS 34P02Q12-01E。
DTSX200模块基座(必选)
DTSX200的基本模块用于安装各种功能模块，包括DTSX200分布式温度传感器、电源模块、光学开关模块和CPU I/O模块。
光学开关模块(必选)
通过安装光学开关模块(2/4/16通道型号)，可以使用一套DTSX3000系统监测多条光纤。
- DTOS2：2通道光学开关模块
- DTOS4：4通道光学开关模块
- DTOS16：16通道光学开关模块
电源模块(必选)
- NFPW426：10～30 VDC
- NFPW441：100～120 VAC
- NFPW442：220～240 VAC
- NFPW444：21.6～31.2 VDC
CPU I/O模块(可选)
安装CPU I/O模块可在DTSX200上实现额外的控制功能。
- NFCP050：12个AI、2个AO、16个DI、8个DO、2个PI、1个AI，用于电池监测
DTSX200
| 说明 | ||
|---|---|---|
| 型号 | DTSX200 | DTSX200分布式温度传感器 |
| 后缀代码 | -N | 标准型 |
| 0 | 标准型 | |
| 9 | EAC 标志 | |
| E | E2000/APC | |
| N | 基本类型 | |
| G | 符合ISA标准G3选项 |
DTSX200模块基座
| 说明 | ||
|---|---|---|
| 型号 | DTSBM10 | DTSX200的基座模块 |
| 后缀代码 | -N | 标准型 |
| 0 | 标准型 | |
| 9 | EAC 标志 | |
| N | 基本类型 | |
| G | 符合ISA标准G3选项 |
光学开关模块
| 说明 | ||
|---|---|---|
| 型号 | DTOS2 | 2通道光学开关模块 |
| DTOS4 | 4通道光学开关模块 | |
| DTOS16 | 16通道光学开关模块 | |
| 后缀代码 | -N | 标准型 |
| 0 | 标准型 | |
| 9 | EAC 标志 | |
| E | E2000/APC | |
| N | 基本类型 | |
| G | 符合ISA标准G3选项 |
电源模块
| 型号 | 参考(输入电压范围) |
|---|---|
| NFPW426 | 10～30 VDC |
| NFPW441 | 100～120 VAC |
| NFPW442 | 220～240 VAC |
| NFPW444 | 21.6～31.2 VDC |
随着全球能源需求不断增加，重油、油砂和页岩气等非常规资源的开发也在不断发展。DTSX200可以测量长达几公里的光纤的温度分布，用于提取非常规资源。DTSX200通过不同的注射动力学提供实时连续温度测量，从而尽可能提高石油/天然气的提取量。除了油井优化之外，DTSX200还提供关键数据，帮助监测和检测井筒泄漏、水渗透和气体穿透的情况。DTSX200还在光纤温度测量的基础上还提供控制功能(测量流量、压力、温度、阀门位置等)。更重要的是，与传统的井筒监测技术相比，DTSX200更耐用、更经济、更精确。
| 特点 | 优势 |
| 超低功耗：10W | 适用于远程区域的太阳能应用 |
| 运行温度范围：-40～65°C | 适用于恶劣环境，无需冷却或加热 |
| 光纤电缆传感器 | 提供完整且连续的井下剖面 |
| 通过NFCP050模块实现控制功能 | 监控和控制外部设备，如流量、压力、阀门位置、温度等。 |
| 多种通信协议 | 连接到现有的DCS、PLC、DAQ和无线接口 |
| 6 km光纤 = 6,000点! | 与传统传感器技术相比，测量温度的方法更经济。 |
横河电机DTSX200可以保护现有电力线/电缆的基础设施，并通过监测输配电线路的热动态来降低成本。通过测量电力线的温度，电网运营商可以通过避免电力电缆损坏并通过维持光功率电流来延长电缆寿命，从而尽可能提高电力电流的可用容量。更重要的是，操作员可以识别整个电网的发热点、火灾突发和火灾位置。DTSX200减少了电网网络中断的可能性，简化了预防性维护流程。DTSX200具有抗电磁干扰能力，因此是高压、高干扰环境的理想选择。DTSX200可用于以下环境：
- 地下电力电缆
- 海底电力电缆
- 架空电力线
- 配电所
- 变电站
| 特点 | 优势 |
| 不受电磁干扰影响 | 光纤与电磁电流隔离 |
| 实时温度测量和监测 | 测量和监测实时电网/电缆温度 |
| 测量和监测多个电源电路/电缆 | 最多可连接16个光学开关通道 |
| 报告和数据分析 | 使用HTTP、SFTP或Web浏览器访问历史数据 |
| 多种通信协议 | 连接到现有的DCS、PLC、DAQ和无线接口 |
| 6 km光纤 = 6,000点! | 与传统传感器技术相比，测量温度的方法更经济。 |
横河电机DTSX200通过使用光纤解决方案进行出色的管线泄漏检测。该解决方案可提供整个管线上完整的温度分布曲线。当管线沿线的任何位置发生泄漏时，特定位置的局部温度会发生变化。由于光纤电缆靠近管线，具有足够的热接触，因此可提供准确的温度读数。通过将扫描获取的每个新温度曲线与正常条件下获取的参比曲线进行对比，可以检测出温度异常。这表示可能导致管线故障或外部挤压，从而导致中断或实际中断。DTSX200可用于以下应用：
- 天然气管道：氨、天然气、二氧化碳
- 液体管道：原油、加热油、汽油、PNG、LNG、盐水、蒸汽
泄漏引起的温度变化可能是由于局部冷却或加热造成的。对于在运输原油和其他类似产品的管道中发生的泄漏，预计泄漏会导致局部变暖，因为通常会在温暖的温度下运输原油，以降低其粘度。
由于焦耳汤姆生效应，在压力下快速膨胀的气体会降低周围温度。因此，当加压气体管道或运输LNG或其他低温产品的管道发生泄漏时，会观察到局部冷却效应。
| 特点 | 优势 |
| 1米特殊分辨率 | 确定泄漏/故障的准确位置 |
| 温度分辨率高达0.1°C | 可以在发生泄漏的1分钟内进行泄漏检测* |
| 光纤电缆传感器 | 可实时、准确、连续检测天然气、石油和燃油管道泄漏 |
| 报告和数据分析 | 使用HTTP、SFTP或Web浏览器访问历史数据 |
| 多种通信协议 | 连接到现有的DCS、PLC、DAQ和无线接口 |
| 6 km光纤 = 6,000点! | 与传统传感器技术相比，测量温度的方法更经济。 |
* 假设使用恰当的扫描速率和数据刷新间隔。
对关键过程和环境进行早期火灾检测是任何安全系统的重要内容。熊熊烈火会对重要资产、产品乃至最宝贵的人类生命造成毁灭性的后果。此外，火灾造成的停车成本会导致机会损失和昂贵的维修费用。离散传感器技术经常因周围环境条件(如灰尘、湿气、热量和腐蚀)而失效。另外，由于需要经常维修，传统传感器技术的维护成本很高。横河电机的DTSX200用于在最极端条件下检测关键资产中是否发生火灾，并提供出色的可靠性和性能，节约成本。
横河电机的DTSX200可用于以下火灾检测应用：
- 传送带运送重要物品
- 油罐区
- 电缆桥架
- 地下隧道
- 管线(地下、地上)
- 核设施
- 采矿、炼油
| 特点 | 优势 |
| 1米特殊分辨率 | 确定火灾的准确位置 |
| 温度分辨率高达0.1°C | 可以在发生火灾的10秒内进行火灾检测 * |
| 光纤电缆传感器 | 与离散传感器或红外摄像机不同，光纤电缆可以消除“盲点” |
| 涂层光纤电缆 | 免受灰尘、湿气、腐蚀和污垢的影响 |
| 报告和数据分析 | 使用HTTP、SFTP或Web浏览器访问历史数据 |
| 多种通信协议 | 连接到现有的DCS、PLC、DAQ和无线接口 |
| 6 km光纤 = 6,000点! | 与传统传感器技术相比，测量温度的方法更经济。 |
* 假设使用恰当的扫描速率和数据刷新间隔。
DTFB10光纤
DTSX的光纤用于检查DTSX200的操作。
DTRK10机架安装套件(光纤托盘)
机架安装套件可用于在机柜中铺设光纤。
DTAP200 DTSX200控制可视化软件
DTSX200控制可视化软件(DTAP200)用于控制DTSX200并在PC上显示DTS数据。DTAP200用于配置和控制DTSX200，以及显示测量数据图并生成LAS格式。DTAP200选项允许用户从以太网网络上的任何位置执行控制、监视和分析。
DTAP200D数据转换软件
数据转换软件选项(DTAP200D)允许DTSX200以WITSML格式生成数据文件。当使用DTAP200D配置DTSX200进行WITSML转换时，DTSX200将生成WITSML格式的数据文件。
参考
Temperature Monitoring Solution for
Quick Detection of Fires in Fume Ducts
With industrial and economic development comes increasingly large and advanced power plants and factories. Nevertheless, we find many cases where the original cables, cable tunnels, and other components of the power infrastructure have languished under continuous operation.
Temperature Monitoring Solution for Maximum VSD Operating Efficiency
Recently, several ARC Advisory Group analysts and management team members had a chance to sit down with the new Yokogawa President and COO, Mr. Takashi Nishijima, and several other top Yokogawa executives to discuss the company's burgeoning presence in the worldwide upstream and midstream oil & gas industry.
The development of difficult to recover unconventional energy resources, is progressing. Figure 1 shows an example of how unconventional heavy oil is extracted from tar sand by reducing its viscosity with steam. To ensure efficient mining, changes in the underground temperature distribution will need to be monitored.
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宣传彩页
- DTSX200 Distributed Temperature Sensor (728 KB)
- Temperature Sensing Solutions (596 KB)
- Distributed Temperature Sensor DTSX3000/DTSX200 (2.1 MB)
- DTSX, STARDOM and FAST/TOOLS Solution (997 KB)
一般规格书
- DTSXM分布式温度传感器中距离系统 (2.0 MB)
视频
DTSX has been increasingly used in variety of applications such as fire detection, leak detection and preventative maintenance.
新闻
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新闻 2015年12月3日 横河电机荣获SICE奖
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