Hoe werkt Glasvezel temperatuurmeting
Bij DTS (Digital Temperature Sensing) stuurt de controller via de laser een puls van ongeveer 1 milliseconde de glasvezelkabel in. Terwijl de puls langs de lengte van de glasvezel reist, reageert deze met het glas. Vanwege kleine onvolkomenheden in het glas wordt een kleine hoeveelheid van de oorspronkelijke laserpuls teruggekaatst naar het DTSdetectiesysteem. Door het gereflecteerde licht te analyseren, kan de DTS controller de temperatuur van de gebeurtenis berekenen (door de kracht van het gereflecteerde licht te analyseren) en ook de locatie van de gebeurtenis (door de tijd te meten die het terugkaatsende licht nodig heeft om terug te keren) tot op de meter nauwkeurig.
Glasvezelkabel
DTS-technologie maakt doorgaans gebruik van een “standaard” glasvezelkabel maar wanneer er nog meer metingen nodig zijn of de temperatuur in de omgevingsruimte hoger is dan ca. 100°C dan is een meer gespecialiseerde kabel nodig. De glasvezelkabel is meestal gebaseerd op een multimode-vezel voor kortere afstanden (tot 40 km) en een single-mode glasvezel voor lange afstanden (40-100 km).
Specificaties DTS
DTS temperatuurdetectiesystemen kunnen de temperatuur nauwkeurig lokaliseren tot op een afstand van 1 meter (dit staat bekend als ruimtelijke resolutie) met een nauwkeurigheid tot op ± 1 °C en met een sensorresolutie tot 0,01 °C. Er is echter een omgekeerde relatie met de meetresolutie, het bereik en de bemonsteringstijd, d.w.z. de temperatuurresolutie neemt af met de afstand en verbetert naarmate er langer gegevens worden verzamelt voor een specifieke meting.
Gedistribueerde temperatuurmeting - Raman-meetprincipe
Glasvezel is gemaakt van gedoteerd kwartsglas en wanneer laserlicht wordt doorgelaten in een glasvezel ontstaat er een interactie tussen de lichtdeeltjes (fotonen) en de elektronen van het molecuul. Bij een bepaalde frequentie in het elektromagnetische spectrum (bekend als de stokesverstrooiing en antistokesverstrooiing) treedt lichtverstrooiing, ook wel Ramanverstrooiing genoemd, op in de glasvezel. De intensiteit van de zogenaamde antistokesverstrooiing is temperatuurafhankelijk, terwijl de zogenaamde stokesvertrooiing praktisch temperatuur onafhankelijk is. De lokale temperatuur van de optische vezel wordt afgeleid uit de verhouding van de antistokes en stokes lichtintensiteiten.
Meetprincipe - OTDR- en OFDR-technologie
Er zijn twee basisprincipes van meten voor gedistribueerde detectietechnologie, Optical Time Domain Reflectometer (OTDR) en Optical Frequentie Domain Reflectometer (OFDR).
OTDR is meer dan 20 jaar geleden ontwikkeld en is de industriestandaard geworden voor het meten of een glasvezeltraject binnen de vooraf gestelde eisen juist functioneert. Het is ook een handig hulpmiddel om bij een glasvezelbreuk te bepalen waar een storing is opgetreden. Het principe van OTDR is vrij eenvoudig en lijkt erg op de afstands- en tijdmetingen die worden toegepast bij een RADAR Wanneer de meting begint, wordt een kortstondige lichtpuls de glasvezel in gestuurd. Deze lichtpuls verplaatst zich door de glasvezel. De reflectie van het licht die daarbij in de vezel optreedt, door verontreinigingen in de glasvezel, gaat in omgekeerde richting door de glasvezel terug naar de OTDR. Het optische niveau van dit signaal wordt gemeten en afgezet tegen de tijd die nodig was om door de vezel heen en terug te gaan. Zo is het mogelijk om de locatie van de temperatuurgebeurtenis te bepalen.
Voordelen van DTS-systemen
Enkele van de unieke kenmerken van gedistribueerde temperatuurdetectiesystemen zijn:
- Een systeemontwerper hoeft zich geen zorgen te maken over de precieze locatie van elk detectiepunt, waardoor de kosten voor het ontwerpen en installeren van een detectiesysteem op basis van LHD glasvezelkabel aanzienlijk lager zijn dan die van traditionele detectie apparatuur
- Lage onderhouds- en exploitatiekosten. De detectiekabel heeft geen bewegende delen en een ontwerplevensduur van 20+ jaar, de onderhouds- en bedrijfskosten zijn aanzienlijk lager dan bij conventionele detectie methoden.
- DTS-glasvezeldetectiekabels zijn immuun voor elektromagnetische interferentie en trillingen
- Veilig voor gebruik in explosiegevaarlijke zones, waardoor de glasvezeldetectiekabel ideaal is voor gebruik in industriële toepassingen of ATEX detectiezones
- Omdat de kabel relatief licht van gewicht en flexibel is, zal montage van de kabel sneller verlopen dan bijvoorbeeld sensorkabel.
Ontwerp van glasvezel detectiekabels
De glasvezelkabel is passief van aard en heeft geen individuele detectiepunten en kan daarom bestaan uit een vrij toegankelijke glasvezelkabel die ook met regulier glasvezel montagegereedschap gelast en verwerkt kan worden.
In speciale gevallen is de standaard glasvezelkabel niet voldoende en dient een extra bescherming in of om de kabel te worden aangebracht. Denk hierbij aan een kabel tegen vandalisme of een kabel beschermd tegen gevaarlijke stoffen of gassen Hier dient uiteraard rekening mee gehouden worden tijdens de ontwerpfase van het betreffende project.
Enkele voorbeelden hiervan zijn:
Temperatuur: Standaard Bandweaver glasvezelkabel en kabelmaterialen zijn bestand tot ca. 100°C. Daarboven heeft u speciale glasvezelkabel en montagemateriaal nodig. Zo overschrijden de temperaturen in olietanks vrij regelmatig de 200°C
Mechanische bescherming: Afhankelijk van de specifieke bewakingsomgeving kunnen er sterke trillingen of mogelijk drukkende krachten optreden, waardoor extra kabellagen nodig zijn om de detectievezel in de kabel beter te beschermen. Zoals bijvoorbeeld bij transportbanden in de vuilverwerking of grondstoffen die vervoert worden middels transportbanden
Bescherming tegen vloeistoffen of gassen: In sommige omgevingen zijn er hoge niveaus van oxiderende stoffen waardoor de glasvezel of de mantel van de kabel kan verslechteren (of donkerder worden). Voor een langere levensduur is het echter noodzakelijk om dan een gespecialiseerde glasvezelkabel te gebruiken die extra beschermende eigenschappen heeft zoals een dikkere kern of een betere buitenmantel ter bescherming van de glasvezel.
Laserveiligheid en werking van het systeem
Bij het toepassen van een systeem op basis van optische metingen, zoals thermische detectie middels DTS, moet rekening worden gehouden met geldende laserveiligheidseisen voor permanente installaties. Veel systemen maken gebruik van een laserontwerp met laag vermogen, bijvoorbeeld met classificatie 1M als laserveiligheidsklasse, welke door iedereen kan worden toegepast (er zijn verder geen laserveiligheidsrestricties vereist). Sommige systemen zijn gebaseerd op lasers met een hoger vermogen met een classificatie van 3B, die weliswaar veilig zijn voor gebruik conform regelgeving, maar mogelijk niet geschikt zijn voor permanente installaties. Vraag bij twijfel altijd naar de specificaties en de vereisten.
SenseTek heeft in samenwerking met de fabrikant Bandweaver reeds vele verschillende projecten uitgevoerd met glasvezeldetectiesystemen en kan u vooraf vrijblijvend adviseren
U kunt contact op nemen met de specialisten van SenseTek Fire & Security Solutions