DTSX3000 [长距离]分布式温度传感器

DTSX3000是一套测量范围更广的集成光纤传感系统,可安装在过程控制平台上。它主要用于温度传感,仪表本身的硬件平台小巧紧凑,但可进行温度测量的距离却长达50 km。由于其功耗较低,DTSX3000可以安装在太阳能电站的远程区域。横河电机的DTSX3000可以安装在横河电机的PLCSCADA平台上,因此,它是一套同时具备控制能力的分布式温度传感系统。

横河电机在性能、距离、价格及智能性方面为分布式温度传感系统设定了一套新标准,可降低运行成本,提高产量。DTSX3000的模块化设计可对最多16个光纤通道、控制I/O模块和各种电源选项进行互换配置。

DTS的应用有哪些?

  • 传送带火灾探测
  • 风管火灾探测
  • 电源电缆过热监测
  • 母线过热监测
  • 管道泄漏检测
  • 炉安全监测和CBM
  • 最大化VSD效率

详情请参阅 “资源”.

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。

分布式温度传感系统的工作原理?

DTSX3000 50km

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?

What is Raman Scatter Principle

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/变化即称为“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?

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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。

DTSX3000规格

项目 规格
距离范围后缀代码 -S -N -M -L
分布式
温度测量
距离 测量距离范围 6km,
10km
6km,
10km,
16km
6km, 10km,
16km,
20km,
30km
6km, 10km,
16km,
20km,
30km,
50km
采样分辨率 0.5m, 1m, 2m
空间分辨率 1 m或以下
温度 测量温度范围 -220 to +800°C
温度分辨率
(10分钟测量,
1 σ,不带光学开关) 
距离范围 
10 km 16 km 30 km 50 km
最大值 0.03°C 0.06°C 0.2°C 2.6°C
典型值  0.02°C 0.03°C 0.1°C 1.6°C
传感器光纤 光纤 50/125 μm GI
闭端,要求无反射
光学接头 E2000/APC
接口 串口
(RS-232
C)
  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 kbps
SERIAL 3 功能:维护(私有)
网络接口 LAN 1端口,10BASE-T100BASE-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
电源电压 功耗 运行模式 16 W
省电模式 2.1 W
尺寸(宽××深) 197.8×132.0×162.2 mm (6个插槽宽度)
重量 2.5 kg

规格

项目 规格
型号 DTOS2 DTOS4 DTOS16
插损 0.8 db (标准)
1.4 dB (最大)
分布式温度测量 测量类型  单端、双端
传感器光纤 光纤 50/125 μm GI closed end, non-reflection required
光学接头 E2000/APC
光学通道 2通道 4通道 16通道
接口 控制 DTSX3000控制
显示器 LED:HRDY、RDY、报警活动通道
电源电压 功耗

运行模式 4 W
省电模式 1 W

尺寸(宽××深) 71.65×130.0×160.3 mm (2个插槽宽度) 
重量 0.63 kg 0.65 kg 0.75 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。

合规性和符合的标准

项目 规格
安全标准 CSA C22.2 No. 61010-1-04
EN 61010-1:2010
EN 61010-2:2010
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
激光安全性   等级 IEC 60825-1/2007. EN60825-1 Class1M
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” II 3G 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)。

DTSX3000模块基座(必选)

DTSX3000的基座模块用于安装各种功能模块,包括DTSX3000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 V DC
  • NFPW441:100~120 V AC
  • NFPW442:220~240 V AC
  • NFPW444:21.6~31.2 V DC

CPU I/O模块(可选)

Module安装CPU I/O模块可在DTSX3000上实现额外的控制功能

  • NFCP050:12AI、2AO、16DI、8DO、2PI、1AI,用于电池监测

 

 

 

 

 

DTSX3000

型号和后缀代码

    说明
型号 DTSX3000  分布式温度传感器
后缀代码  -S 10km 范围
-N 16km 范围
-M 30km 范围
-L 50km 范围
0 标准型
5 非防爆型
E 防爆型
E E2000/APC
N 基本型
G 符合ISA标准G3选项 

DTSX3000模块基座(与DTSX200模块基座相同)

型号和后缀代码

    说明
型号 DTSBM10 DTSX200基座模块
后缀代码  -N 标准型
0 标准型
9 EAC标志
N 基本型
G 符合ISA标准G3选项 

光学开关模块

型号和后缀代码

    说明
型号 DTOS2L 2通道光学开关模块
DTOS4L 4通道光学开关模块
DTOS16L 16通道光学开关模块
后缀
代码 
-N 标准型
5 非防爆型
E 防爆型
E E2000/APC
N 基本型
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 to 30 VDC
NFPW441 100 to 120 VAC
NFPW442 220 to 240 VAC
NFPW444 21.6 to 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。DTSX3000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。DTSX3000通过不同的注射动力学提供实时连续温度测量,从而最大限度地提高石油/天然气的提取量。除了油井优化之外,DTSX3000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。DTSX3000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,DTSX3000更耐用、更经济、更精确。

特点 优势
超低功耗:10 W 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  监测和控制外部设备,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。
DTSX200 Oil & Gas 1DTSX200 Oil & Gas 2

 

横河电机DTSX3000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,从而将电力电流的可用容量最大化。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。DTSX3000最大限度地减少了电网网络中断的可能性,简化了预防性维护流程。DTSX3000具有抗电磁干扰能力,因此是高压、高干扰环境的理想选择。DTSX3000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、SFTPWeb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!  与传统传感器技术相比,测量温度的方法更经济。
DTSX200 Pipeline 1DTSX200 Pipeline 2

 

横河电机DTSX3000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。DTSX3000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。

Pipeline Leak Source
Gas Expands, Temperature Decreases
 
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HTTPSFTPWeb浏览器访问历史数据
多种通信协议 连接到现有的DCSPLCDAQ和无线接口
6 km光纤 = 6,000! 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DTSX3000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DTSX3000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 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、SFTPWeb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! 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。

DTAP3000控制可视化软件

DTSX3000控制可视化软件(DTAP3000)用于控制DTSX3000并在PC上显示DTS数据。此外,该软件还可以显示测量数据图并生成LAS格式。通过DTAP3000,用户可以从以太网网络上的任何位置执行控制、监测和分析。

DTSX3000 Control Visualization Software

DTAP3000D数据转换软件

通过数据转换软件选项(DTAP3000D)DTSX3000能够以WITSML格式生成数据文件。当使用DTAP3000DDTSX3000配置进行WITSML转换时,DTSX3000将生成WITSML格式的数据文件。

概述:

A belt conveyor fire detection solution employing the DTSX distributed optical fiber temperature sensor can greatly reduce crises that can threaten a company's survival.

行业:
概述:

Temperature Monitoring Solution for 
Quick Detection of Fires in Fume Ducts

概述:

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.

概述:

"Improved Detection of Bus Bar Overheating"

 

Customer Concerns

Bus bars for high current power distribution

Bus bars are uninsulated strips of a highly conductive metal such as copper or aluminum. As they have lower electrical resistance than insulated power cables, they can carry large electrical currents and are thus suitable for use in power distributions systems in power plants, substations, factories, and data centers. Bus bars are also used in power distribution boards. Bus bars offer great flexibility as they are made of highly malleable metals that can be easily shaped to suit any number of facility layouts.

Abnormal overheating of bus bars

Bus bars are bolted, clamped, or welded to each other and to other apparatuses. If a bolt or clamp comes lose or a welded joint fails, abnormal heating may occur at that location due to an increase in the electrical resistance. The overheating further increases the electrical resistance and can lead to a burnout or even a fire.

In order to prevent overheating at any of the bus connections, the connections should be inspected on a regular basis. However, as the bus bars are often inside plastic or metal bus ducts and covers, and are often in difficult to access locations, visual inspection can be difficult.

The burning out of a power supply bus bar is a threat to plant safety and can lead to an unplanned shutdown of plant operations. To eliminate such risks and avoid the huge costs of lost production, it is vital to quickly detect and immediately respond to any indication of overheating in a power bus bar.

Abnormal overheating of bus duct

The Solutions and the Benefits

24/7/365 temperature monitoring to detect overheating

Burnouts in a power bus bar can be prevented by quickly and accurately detecting abnormal rises in temperature and locating the hot spots. As bus bars are surrounded by strong electric fields, conventional electric sensors such as thermocouple thermometers are not suitable for this purpose. Bus bars also sometimes follow complicated paths through plant structures and other types of buildings and may have a number of blind spots that cannot be readily imaged using thermal imaging cameras.

The Yokogawa DTSX is a unique and innovative temperature monitoring solution that uses an optical fiber cable as a temperature sensor. Since the sensor is not affected by electromagnetic noise, the DTSX is able to monitor distribution of temperature in units of 1 meter accuracy under a strong electric field. By quickly detecting overheating and pinpointing the location of a hotspot, the DTSX ensures that any problem can be responded to immediately, before it leads to a costly and expensive plant shutdown.
The optical fiber cable can be installed directly on a bus bar and on the surface of a bus duct or cover.

Efficient inspection inside bus ducts

Thanks to its ability to continuously detect abnormal rises in temperature and pinpoint hot spots even when a bus bar is located inside a bus duct, the DTSX is also useful in maintenance applications such as locating bolts that need to be tightened.

The benefits

  • Accurate temperature monitoring under a strong electric field
  • Flexible sensor cable for complex extended structure
  • Quick detection with abnormal location to prevent burnout
  • Condition based inspection work by temperature changes
Cable laying example for bus duct

How DTSX Works

Measuring the intensity of Raman scattered light
Using pulses of laser light beamed through an optical fiber cable, the DTSX is able to detect temperature-dependent variations in signal frequency that are the result of a phenomenon known as Raman scattering that occurs along the entire length of the optical fiber cable, and it also can determine the locations of those temperature readings using light that is bounced back (backscattering) to the source.

Example: Along a 6,000 meter optical fiber cable, nearly 6,000 measurement points
By measuring how long it takes light to make a round trip back to the source (backscattering), the DTSX is able to calculate the location for each temperature reading. Abnormalities can be located with a spatial resolution of just one meter.

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概述:

Risk management is crucial when expanding your business.

概述:

Reactor/Furnace Wall Healthiness Monitoring with a Fiber Optical Temperature Sensor

概述:

Temperature Monitoring Solution for Maximum VSD Operating Efficiency
 

概述:

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.

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