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，光纤电缆本身就是温度传感器。分布式温度传感系统可以在长距离内提供数千个准确的温度测量数据。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，其测量的温度值准确且分辨率高。
光纤温度传感器DTSX简介
由于技术和成本问题，在没有空白区域的大型工厂中进行温度监测是很困难的，而且很难符合公司的HSE政策。DTSX使用光纤本身作为传感元件来测量光纤电缆长度范围内的温度分布，非常适合长距离和广域区域的温度监测。DTSX已越来越多地用于各种应用，如火灾检测、泄漏检测和预防性维护。
使用DTS的优势是什么?
- 成本
当应用程序需要测量成百上千个传感器时，各传感器与数据采集站之间的接线成本会非常高，而使用光纤电缆进行准确且高分辨率的温度测量，具有更高的成本效益和好处。 - 测量距离长
使用传统的电气测量传感器很难测量长距离的温度。DTS光纤电缆可以远距离部署，而且还可以提供该区域的高分辨率剖面，以及该距离内准确的温度测量值。 - 可用于高电磁干扰环境
DTS的光学特性使其不受电磁噪声的影响。与传统的电气测量传感器(热电偶和RTD)不同，光纤内没有电气元件，因此，它不受电磁噪声的影响。
什么是DTSX200分布式温度传感器?
DTSX200作为标准型号，可以灵活适应安装环境。利用从温度分布测量中获得的数据，有助于工厂设施的监控，高温炉完整性的维护和管理，以及故障的预防。
关于 OpreX
OpreX是横河电机为其工业自动化（IA）和控制业务推出的新综合品牌，其代表了横河电机相关技术和解决方案的出众之处。它是由每个类别下的不同系列组成，本产品是OpreX现场仪表系列，属于OpreX测量类别。
详细介绍
测量原理
工作原理
横河电机DTSX200利用拉曼散射原理测量光纤长度范围内的温度和距离。发射到光纤中的光脉冲（激光脉冲）在沿光纤传播时，会被玻璃纤维分子影响发生散射，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。两种信号的强度比取决于产生拉曼散射位置处的温度。因此，可以通过测量斯托克斯和反斯托克斯信号的强度来确定该温度。此外，被称为反向散射的部分散射光被引导回光源。因此，可以通过测量反向散射光返回光源所花费的时间来确定温度读数的位置。
拉曼散射
所有的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里，有一辆鲜红色的跑车。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出汽车的鲜红色。反射在红色跑车上的光只反射在“红色”光谱上，因此，你的眼睛看到的跑车是红色的。
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，并测量两个信号分量(斯托克斯和反斯托克斯)的强度。
散射光的类型
横河电机的分布式温度传感器使用拉曼散射光测量温度分布，拉曼散射光在以下类型的散射光中表现出特别好的温度灵敏度。
| 散射光的类型 | 特点 | 应用领域 |
|---|---|---|
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瑞利散射 |
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| 拉曼散射 （拉曼） |
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| 布里渊散射 (布里渊) |
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测量方法
单端测量法
- 该方法只将光脉冲发射到光纤的一端进行传感。安装方便，适用于远距离测量目标。
双端测量法
- 该方法将光脉冲发射到环形光纤的两端进行传感
- 即使光纤电缆损坏，这种方法也可以继续测量
测量方法的对比
| 测量方法 | 优点 | 不足 |
|---|---|---|
| 单端测量法 |
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| 双端测量法 |
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温度传感器的类型
温度传感器的类型及其特点
| 类型 | 特点 |
|---|---|
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光纤传感器 |
把光纤作为温度传感器，适用于远距离、广域的温度监测。它可以沿着光纤传感器电缆在每个采样间隔的基础上识别特定位置，并监测每个位置的温度。 |
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热像仪 |
这台仪器探测来自物体的红外辐射能来测量温度。它能够以非接触的方式测量大范围内的温度分布，适用于工业炉、旋转固体等的温度监测。 |
| 电阻温度计 | 这种传感器利用了金属电阻的特性，这种特性几乎与温度成正比例地变化。能够准确测量温度，适用于工业精密温度测量。 |
| 热电偶 | 当两种不同的金属相互连接时，金属之间的温差在连接处产生电动势。这个传感器利用这个电动势。能够以低成本测量大范围内的温度，被广泛用作工业用的温度传感器。 |
| 辐射温度计 | 这种温度计通过测量材料发出的红外线强度来测量温度。作为一种能够远程测量的非接触式温度计，它适用于测量超高温。 |
温度监测方法的对比
光纤传感器 |
热像仪 |
点传感器 (热电偶)  |
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|---|---|---|---|
| 描述 | 基于光纤传感器的广域监控 | 基于热像仪的表面温度监测 | 基于离散传感器的多点监测 |
| 检测方法 | 接触式 | 非接触式 | 接触式 |
| 监测的温度范围 | -200 至 300 °C (基于传感器电缆) |
常温至 2000 °C (需要范围切换) |
-200 至 1000 °C (K型热电偶) |
| 区域 | 覆盖范围非常广 DTSX200: ≤6公里/小时 DTSX3000: ≤50公里/小时 DTSX1: ≤16公里/小时 |
20°小视角 | 广阔区域内 |
| 优点 | 覆盖范围非常广，实现无缝监控 | 有限的微小区域监控能力 | 有限的微小区域监控能力 |
| 不足 | 只限于小范围使用 | 非无缝监控 | 非无缝监控 补偿导线的安装和维护 |
性能
分布式温度传感器性能的代表性参数包括空间分辨率和温度分辨率。尽管这些参数之间通常存在权衡关系，但我们已经实现了基于信号处理技术的高性能。
空间分辨率
- 空间分辨率是检测温度变化的至小长度(也称为响应距离)。
- 空间分辨率定义为当检测到用于传感的光纤温度变化10%到90%时的长度。
- 采样分辨率表示数据间隔，其定义不同于空间分辨率。
温度分辨率
- 温度分辨率由均匀温度环境下（恒温室内）光纤传感器测量值的标准偏差（1σ）定义。
- 温度分辨率是变化的指标，并不表示温度的准确值（在校准中使用参考温度计可以进行更高温度精度的测量）。
- 拉曼反向散射光是一种非常微弱的信号。通过重复测量平均测量值，分布式温度传感器实现了更高的温度分辨率。
测量结果示例 (DTSX200)
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点击查看大图灵活的系统结构，适应广泛的应用领域
温度数据在主机系统中进行处理（区域和警报设置以及警告），可根据系统大小和客户的要求灵活构建系统。
如果安装了可选的 PLC（FA-M3 或 e-RT3）或记录仪，系统在发出警报时可产生触点输出。
【主机系统示例】
SMATRDAC+ (记录仪和数据记录软件), CI 服务器 和 CENTUM (集成式生产控制系统)
产品介绍
DTSX200 概述
The DTSX200 分布式温度传感器由DTS模块、光开关模块、底座模块、电源模块等组成。
* DTS : 分布式温度传感器
目标距离：6 千米
在合作伙伴门户会员网站上 ，您可以查看详细规格。
GS 39J06B45-01 : DTSXM 分布式中程温度传感器系统
GS 39J02B45-01 : DTSXM 分布式中程温度传感器系统（软件）
光开关模块
我们提供三种不同类型的光开关。
下面是模块类型，可根据您的预期用途进行选择。
- DTOS2 : 2 通道光开关模块
- DTOS4 : 4 通道光开关模块
- DTOS16 : 16 通道光开关模块
基础模块
DTSX200的基础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、光开关模块和CPU I/O模块。
电源模块
必须选择下列电源模块之一（ * 按型号名称划分输入电压范围）
- NFPW426 : 10 至 30 V DC
- NFPW441 : 100 至 120 V AC
- NFPW442 : 220 至 240 V AC
- NFPW444 : 21.6 至 31.2 V DC
软件
DTSX3000 控制可视化软件 (DTAP3000)
DTSX200需要处理来自多个通道的多个点的温度测量数据。
DTAP3000是专门设计的应用软件，用于方便所有DTSX产品（DTSX3000/200/1）的设置和显示测量数据。该软件具有多种功能，如设置和控制DTSX200主机和光学开关、显示测量结果、分析温度变化以及设置和显示警报，为您提供有助于监测温度的信息。
DTSX200 数据转换软件 (DTAP200D)
DTAP200D是一款应用软件，用于将数据转换为WITSML格式，这是石油和天然气市场的标准格式。通过该软件，您可以直接从DTSX200创建WITSML格式的数据。
规格
详细规格请参阅一般规格书
DTSX 200
| 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 至 90 %) | ||||||
| 温度 | 测量温度范围 | -200 至 300 °C (取决于传感光纤) | |||||
| 温度分辨率 (1 σ, 无光学开关) |
范围 | ||||||
| 时间 10 s 1 min 10 min |
1 km 0.5 0.3 0.1 |
3 km 1.1 0.6 0.2 |
6 km 4.2 °C 2.1 0.7 |
||||
| 传感器光纤 | 光纤 | 50 / 125 μm GI (光纤末端无反射) |
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| 光学连接器 | E2000 / APC | ||||||
| 接口 | 串行 (RS-232C) | 3 个端口，非隔离，RJ45 模块插孔 双工，异步 |
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| 串行 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 |
|||||||
| 串行 2: 功能： 通信 (Modbus) 波特率: 1.2, 2.4, 4.8, 9.6, 19.2, 38.4 kbps |
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| 串行 3: 功能： 维护 (专用) |
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| 以太网接口 | LAN | 1 端口, 10BASE-T 或者 100BASE-TX, RJ45 模块插孔, 自动协商, 自动 MDI, 带网络电源开关 (ON/OFF) |
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| 显示 | LEDs: HRDY, RDY, 激光 ON | ||||||
| 电源 | 消耗 | 工作模式 | 10 W | ||||
| 省电模式 | 2.1 W | ||||||
| 尺寸 (宽 x 高 x 深) | 197.8 x 132.0 x 162.2 mm (6个槽宽) | ||||||
| 重量 | 2.5 kg | ||||||
在测量温度分布之前，需要对用于 DTSX200 的传感器光纤进行温度校准。
光开关模块
| 项目 | 规格 | |||
|---|---|---|---|---|
| 型号 | DTOS2 | DTOS4 | DTOS16 | |
| 插入损耗 | 0.6 dB (典型值) (≤)1.4 dB |
1.0 dB (典型值) (≤)3.0 dB |
0.8 dB (典型值) (≤)1.4 dB |
|
| 分布式温度测量 | 测量类型 | 单端、双端 | ||
| 传感器光纤 | 光导纤维 | 50 / 125 μm GI，封闭端，无折射要求 | ||
| 光学连接器 | E2000 / APC | |||
| 光学通道 | 2 通道 | 4 通道 | 16 通道 | |
| 接口 | 控制 | 由 DTSX200 控制 | ||
| 显示 | LEDs: HRD、RDY、报警、活动通道 | |||
| 电源 | 消耗 | 1 W | 1 W | 运行： 4.5 W 省电 ：1 W |
| 尺寸 (宽 x 高 x 深) | 65.8 x 130.0 x 160.3 mm (2个槽宽) |
65.8 x 130.0 x 160.3 mm (2个槽宽) |
65.8 x 130.0 x 160.3 mm (2个槽宽) |
|
| 重量 | 0.6 kg | 0.64 kg | 0.75 kg | |
注：作为指导原则，在连续运行15秒、20秒和30秒测量时，应分别每4.7年、6年和9.5年定期更换模块。
符合的法规和标准
| 项目 | 规格 | |
|---|---|---|
| 安全标准 | CSA C22.2 No.61010-1-04 EN 61010-1:2010 EN 61010-2-030:2010 EN IEC 61010-2-201:2018 CU TR 004 |
|
| EMC 标准 | CE Marking | EN 55011:2016+A1:2017 Class A Group 1 EN 61000-6-2:2005 EN 61000-3-2:2014 EN 61000-3-3:2013 |
| RCM | EN 55011:2016+A1:2017 Class A Group 1 | |
| KC Marking | 韩国电磁兼容性标准 | |
| EAC Marking | CU TR 020 | |
| 激光安全 | 等级 | IEC 60825-1:2007 Class1M IEC/EN 60825-1:2014 Class1 |
| FDA (CDRH) | 21CFR 第1040.10部分 | |
| 危险场所设备标准 | FM 不易燃 | Class I, Division 2, Groups A, B, C, D T4 FM 3600-2018 FM 3611-2018 FM 3810-2005 |
| ATEX "n" 型 | II 3 G Ex nA ic [op is Gc] IIC T4 Gc X EN IEC 60079-0:2018 EN 60079-11:2012 EN 60079-15:2010 EN 60079-28:2015 |
|
| 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 |
|
| 有害物质限制 | RoHS 指令 | EN IEC 63000:2018 |
注：根据欧盟法律，制造商和欧洲经济区（EEA）授权代表如下：
制造商：横河电机株式会社 (2-9-32 Nakacho, Musashino-shi, Tokyo 180-8750, Japan).
欧洲经济区授权代表：Yokogawa Europe B.V. (Euroweg 2, 3825 HD Amersfoort, The Netherlands).
行业/应用
车载锂离子电池
制造过程货架和存储货架的智能监控
安装在单个货架上的锂离子电池的热失控会在早期阶段被发现，这样就能在出现异常时迅速做出初步反应，将损失降低。
(有关详情，请参阅 "制造过程货架和存储货架的智能监控 - 车载锂离子电池的应用 ")
蓄电池组装过程中排气管道火灾的预防
为防止锂电池组装过程中的铝尘污染，对排风管道中的火灾或粉尘爆炸进行监测。对屋顶空间等盲区的长距离管道进行多面监控，不放过任何异常情况。 (详情请参阅“防止蓄电池组装过程中排气管起火--车载锂离子电池应用-- ".)
电源母线完好性监测
对电源母线的接头进行监控。
由于在母线槽中内置了光缆，因此异常情况不会被忽视，并且对延伸至屋顶空间等盲区的长距离母线进行多面监控。
(详情请参阅 "车载锂离子电池应用中电源母线的完好性监控".)
光纤电缆可视化炉内温度分布
DTSX 光纤分布式温度传感器可监测光缆路径上每一米的温度分布。
迄今为止，加热器控制使用的是热电偶等，如果将 DTSX 添加到这些热电偶中，就可以直观地看到整个干燥炉内的温度分布。
利用该结果解决加热器和其他问题，并在将炉内温度设定为理想温度分布后让产品通过干燥炉，从而提高生产率。
如果试图用热电偶等测量多个点，布线会很复杂，建造成本会增加，而且需要定期维护每个传感器。如果将其应用于多个干燥炉，就是不现实的。
由于 DTSX 系统只需在炉内铺设光缆，因此可以降低初始成本和运行成本。
此外，一个 DTSX 系统可覆盖多个干燥炉，从而提高了成本效益。
DTSX 还可用于监测隧道炉内的温度分布。
(详情请参阅 "光纤电缆可视化炉内温度分布".)
火灾探测
对重要流程和环境进行早期火灾探测是每个安全系统的重要组成部分。大火会对重要资产、产品以及至为重要的人命造成毁灭性后果。此外，火灾造成的停机成本也会导致机会丧失和昂贵的维修费用。离散传感器技术经常会因周围环境条件（如灰尘、湿度、热量和腐蚀）而失效。此外，由于不断需要维修，传统传感器技术的维护成本也很高。横河电机 DTSX200 专为在极端条件下检测重要资产的火灾而设计，具有良好的可靠性、性能和成本节约。
横河电机的 DTSX200 专为以下火灾探测应用而设计：
- 输送重要货物的传送带
- 罐区
- 电缆桥架
- 地下隧道
- 管道（地下、地上）
- 核设施
- 采矿、炼油
| 功能 | 优势 |
|---|---|
| 特设1m分辨率 | 确定火灾的确切位置 |
| 温度分辨率高达0.1°C | 可在火灾发生后的10秒内检测到火情 * |
| 光纤电缆传感器 | 与分立式传感器或红外相机不同，光纤电缆消除了“盲点” |
| 涂层光纤电缆 | 不受灰尘、湿度、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 | 可连接现有的DCS、PLC、DAQ和无线接口 |
| 6km 光纤等于6000个点 | 与传统传感器技术相比，是一种经济高效的温度测量方法 |
* 假设使用了适当的扫描速率和数据刷新间隔
石油和天然气
随着各地区能源需求的增长，重油、油砂和页岩气等非常规资源的开发也在不断推进。DTSX200可以测量沿几公里长的光纤的温度分布，目前正被应用于非常规资源的开采。DTSX200 可通过不同的注入动态提供实时连续的温度测量，从而提高油气开采量。除了优化油井外，DTSX200还提供关键数据，帮助监测和检测井筒的泄漏、渗水和气体突破情况。DTSX200还能在光纤温度测量的基础上提供控制能力（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更加坚固耐用、经济高效和准确。
| 功能 | 优势 |
|---|---|
| 超低功耗：10W | 适合偏远地区的太阳能应用 |
| 工作温度范围：-40 °C 至 65 °C | 适合无需冷却或加热的恶劣环境 |
| 光缆传感器 | 提供完整、连续的井下剖面图 |
| NFCP050模块的控制能力 | 监控外部设备，如流量、压力、阀门位置、温度等。 |
| 多种通信协议 | 可连接现有的DCS、PLC、DAQ和无线接口 |
| 6km 光纤等于6000个点 | 与传统传感器技术相比，是一种经济高效的温度测量方法 |
参考
What if you could detect signs of abnormalities in bus ducts (bus bars) quickly during maintenance and inspection work and respond to them at just the right time? Yokogawa DTSX monitoring solution constantly monitors connections that tend to deteriorate over time and contributes by pinpointing abnormality locations and reducing workload of maintenance personnel, helping to ensure stability in plant operations.
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.
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.
下载
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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