Name: Temperaturfeldzuordnung Glasfaser verteilten Sensoren für hochauflösendes (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-11-07T12:30:00.000+00:00
Duration: 9 min 48 s
Description: Erfahren Sie, wie faseroptische verteilte Sensoren hochauflösende Temperaturfeldmessungen für turbulente Strömungen ermöglichen. Diese Methode liefert tausende Datenpunkte entlang eines einzelnen Glasfasersensors zur Validierung numerischer Simulationsmodelle.

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Die Autoren danken Tyler Gorney und Aida Rahim von Luna Innovations für ihre unschätzbaren technischen Einblicke und Unterstützung bei unserer Anwendung.
Das eingereichte Manuskript wurde von UChicago Argonne, LLC, Betreiber des Argonne National Laboratory ("Argonne") erstellt. Argonne, ein Labor des U.S. Department of Energy Office of Science, wird unter der Vertragsnummer DE-AC02-06CH11357. Diese Arbeit wurde vom U.S. Department of Energy, Office of Nuclear Energy, unterstützt.

1. Wählen Sie Optimal Sensortyp für Anwendung <ol><li> Wählen Sensorlänge basierend auf Kompromiss zwischen Abtastgeschwindigkeit und der Anzahl der Datenpunkte. HINWEIS: Eine Abfrageeinrichtung Proben Sensoren bis zu 50 m Länge bei 2,5 Hz und Auflösung &lt;10 mm, während die anderen Proben-Sensoren bis zu 10 m Länge bei 5 mm Auflösung und 100 Hz. </li><li> Wählen Sie eine Art von Single-Mode-optische Faser basierend auf den Anforderungen für Service-Temperaturgrenzen, Zeitverhalten, Feuchtigkeitsempfindlichkeit und Anlagenkonfiguration (blank oder in Kapillare). HINWEIS: Hier haben wir verwendet, 155 &amp; mgr; m Durchmesser polyimidbeschichteten Singlemode-kommerziellen Telekommunikations-Glasfaser. HINWEIS: Siehe Tabellen 1 und 2 als Beispiele für Fasern und Konfigurationen wir in unserem Labor verwendet haben. </li></ol> 2. Installieren Sie Optical Fiber in Test Sektion <ol><li> Offene Messstrecke von einem der langen Glasseitenplatten zu entfernen. </li><li> Bohrer 1 mm Durchmesser Löcherin den Seitenwänden 3 mm unterhalb Deckel für Drahtanker (Fig. 3). HINWEIS: Anker halten Stahldraht, die den Sensor unterstützen. Die Anker Tonhöhe kann in Übereinstimmung mit Testabschnittsgröße und der erwarteten dynamischen Belastung von Strömung variiert werden. Die 20-mm-Raster verwendet hier erwies sich als stabil bei minimaler Vibration in Fluss in der Nähe von 1 m / sec. Vibration korrumpiert DTS - Signale und ist problematischer mit langen Sensoren 15,16. </li><li> String ein 127 &amp; mgr; m Durchmesser Stahldrahtsegment über den Testabschnitt durch sie zu einem Messing Anker an jedem Ende des Tanks zu binden. Wiederholen, bis es insgesamt 47 Drahtsegmente über den Tank aufgereiht sind. </li><li> Schneiden Sie 50 m von Glasfaser-Kommunikation / Elektriker Schere mit Reserve mit in Splicing-Anschluss und Beendigung Faser verbraucht werden (wahrscheinlich &lt;0,5 m, aber abhängig von Tüchtigkeit bei Spleißen). Sammeln diese Faser auf eine kleine Spule, ~ 50 mm im Durchmesser. </li><li> Legen Sie den ersten Sensor-Segment an einem Rand der Fläche gewählte Temperatur Witz zu messenh das Sensor-Array. HINWEIS: Nach dem ersten Segment in Position fixiert ist, wird die Faser für ein benachbartes Segment geschleift werden, in ihrer Position fixiert, und mehr Faser für das nächste Segment in einem sich wiederholenden Prozess verzichtet, die das Array aufbaut, bis das gesamte Faser verwendet wird. </li><li> Weben die Faser oberhalb und unterhalb benachbarter Drähte, Arbeiten von einer Seite des Tanks zur anderen, Dispensieren Faser von der Spule nach Bedarf. HINWEIS: Die Faser senkrecht zu dem Draht ist , wie in gezeigt. 3 mit der Webart sie gegen die Schwerkraft in einer Richtung und Strömung in dem anderen zu unterstützen. </li><li> Befestigen jedes Endes des ersten Fasersegment an dem Deckel mit üblichen Klar Band oder Polyimidfilm Band. Das erste Segment des Arrays ist jetzt an seinem Platz. HINWEIS: Verwenden Sie nicht beheben Sensor wie eine Gitarrensaite gespannt, sondern straff genug gerade sein und sichtbar schlaff aufzunehmen. Wenn der Sensor gespannt wird, kleine Verformungen in dem Träger, beispielsweise thermische expansion des Deckels wird diese Spannung verändern und anomale Signal-Offsets und Messfehler erzeugen. </li><li> Schleife der Faser 180 Grad es zurück für das nächste Segment zurück , wie in Fig. 4 und mit Klebeband an dem Deckel in einem Abstand von 10 mm von dem ersten Segment. HINWEIS: Minimieren Sie die Schleifendurchmesser da es sich um &quot;verschwendete Faser&quot; (nicht Teil des Arrays), aber es sollte in etwa 30 mm oder mehr für eine tolerierbare Spannungen sein. Die Faser hier verwendet hat 30 mm Durchmesser toleriert Schlaufen für mehrere Monate ohne merkliche Signalverlust, sondern Grenzen wird mit Fasertyp variieren. Für die Faser hier verwendet wird, legt der Hersteller die &quot;kurzfristige&quot; Biegeradius Grenze als ≥ 10 mm und &quot;langfristige&quot; Grenze als ≥ 17 mm. </li><li> Wieder weben die Faser zwischen den Drähten in Richtung der gegenüberliegenden Seite des Behälters und das Band in Position. Wiederholen Sie den Looping, Taping und Weben Prozess, bis die gesamte Faser verwendet wird. </li></ol> 3. Splice Connector und Termination zu Fiber <ol><li> Splice ein LC-Typ Single - Mode - Stecker an einem Ende der Faser mit einem Spleißgerät gemäß Herstellerangabe 17 verwendet wird . </li><li> Cut ~ 0,25 m Beendigung Faser mit dem Elektriker / Kommunikation Schere und Spleiß an das andere Ende der Faser wieder mit einem Spleißgerät gemäß Herstellerangabe. HINWEIS: Diese Baugruppe (Faser, Stecker und Terminierung) wird nun als &quot;Sensor&quot; bezeichnet werden. Die Beendigung Faser streut Restsignal von dem Laserimpuls zu verhindern, dass an die Abfrageeinrichtung zurückkehrt. </li></ol> 4. Sensorkonfiguration <ol><li> Stecken Sie den LC-Stecker Ende des Sensors in der Abfrage Port und Konfigurationssoftware starten. </li><li> Generieren Sensoramplitudendaten durch &quot;Acquire&quot; (Unterschied von Temperaturdaten) die Auswahl, die automatisch angezeigt wird, wenn der Scanvorgang abgeschlossen ist. HINWEIS: Die Spur für einen Sensor mit guten Klebestellen wird das Gen habenral Charakteristiken in Fig. 5. Eine schlechte Spleiß kann durch eine unscharfe Rauschen oder dominant Reflexion angezeigt werden , wenn der Stecker wird erwartet. Wenn ein armer Spleiß vermutet wird, zu Schritt 3 zurückzukehren und Splicing Vorgang wiederholen. </li><li> Wählen Sie den aktiven Teil des Sensors durch den gelben Cursor auf dem Bildschirm zu Beginn des Sensors und der rote Cursor an das Ende gezeigt ziehen. </li><li> Geben Sie dem Sensor einen Namen und wählen Sie &quot;Sensor-Dateien speichern&quot;. HINWEIS: Der Sensor ist nun konfiguriert und einsatzbereit. </li><li> Schließen Sie die Konfigurationssoftware und wechseln auf die Mess-Software. </li></ol> 5. Karte Sensorposition im Test Sektion <ol><li> Starten Sie die Messsoftware Abfrageeinrichtung und laden Sie den Sensor einfach konfiguriert. </li><li> Schließen Sie einen Lötkolben zu einem variablen Transformator auf ~ 40%, Vorwärmen für 5-10 min. HINWEIS: Die Lötkolben lokale Temperaturspitzen für die Abbildung erzeugt. Ein Lötkolben kann melt die Faserbeschichtung und ruinieren den Sensor so mit einem niedrigen Transformator Einstellung zu starten, gerade genug Leistung mit klaren Spitzen zu erhalten. A 10-20 ° C Spike genügt für diesen Prozess. </li><li> Wählen Sie &quot;Messen&quot; in der Abfragesoftware Live-Daten auf dem Bildschirm zu zeichnen. </li><li> Verkleinern den gesamten Sensor auf dem Bildschirm angezeigt werden soll. </li><li> Halten Sie Lötkolben in der Nähe von Sensor und berühren sie kurz an der ersten Abbildungspunkt, hier das Segment am weitesten aus dem Schlot , wo sie den Deckel trifft (Abb. 4). </li><li> Die Bilanz Position der Temperaturspitze als durch Software angezeigt zusammen mit dem entsprechenden physischen Standort innerhalb Teststrecke. </li><li> Wiederholen 5,5-5,6 die Endpunkte aller 49 Segmente abzubilden. </li></ol> 6. Sensor Baseline: Der Link zur absoluten Temperatur <ol><li> Position einen oder mehrere Temperaturstandards, zB TC oder Widerstandstemperaturfühler (RTD), in der Nähe der DTS als Standard - Verknüpfung DTS Lesungen absolute te dienenmperatur. </li><li> Schließen Sie den Tank durch die lange Glasseitenplatte zu ersetzen, die in Schritt 2.1 entfernt wurde. </li><li> Isolieren Sie den Tank, indem sie in Decken oder konventionelle Dämmplatten Einwickeln und lassen Sie es über Nacht sitzen eine isotherme Atmosphäre zu schaffen. </li><li> Starten Sie die Abfrageeinrichtung Software, wählen Sie &quot;Baseline&quot; (oder &quot;Tara&quot;) und gleichzeitig beachten / notieren Sie die TC (oder RTD) Lesen. Wenn Software mit der Basislinie beendet ist, wählen Sie &quot;messen&quot; Live-Daten zu zeichnen, die Qualität der Basislinie zu untersuchen. HINWEIS: Diese kritische Schritt legt die DTS - Basislinie und das Signal sollte nun zeigen Null, dh AT (x) = 0 ± ein Bruchteil eines Grades. Von nun an wird das Signal variieren als Tanktemperatur von der Temperaturreferenz abweicht: AT (x) = T (x) abs - T Base, wobei T (x) abs die absolute Temperatur entlang der Faser und T Base ist das Basis Temperatur 6,18. Wenn der Test Section ist nicht - isothermen, wird T Base eine Funktion der Position sein, dh T Basis (x) und die Genauigkeit beeinträchtigt wird , es sei denn T Basis (x) mit mehr als einem TC oder RTD (siehe Diskussion Abschnitt) zugeordnet ist. nicht Bewegen oder berühren sie den Sensor bis zum Schritt 7 abgeschlossen ist. es in irgendeiner Weise Belasten einführen können Offsets , die Messgenauigkeit verschlechtern. </li><li> Untersuchen Sie das Live-Signal, das nicht weit von Null treiben sollte. Wenn Drift übermäßige für die Anwendung ist (unsere Grenze ist etwa 0,5 ° C nach ca. 5 min), mehr Zeit für die Teststrecke ermöglichen, ein thermisches Gleichgewicht und / oder Verbesserung der Isolierung (siehe Anmerkung unten) und wiederholen Sie dann Schritt 6.4 erreichen. HINWEIS: Die Signalqualität ist immer am besten unmittelbar nach dem Beginn und im Laufe der Zeit driften in Abhängigkeit von der Temperaturverteilung innerhalb der Teststrecke. Eine gute Isolierung und lange Wartezeiten vor dem Grundfutter reduziert Drift und Messfehler. Beträchtliche, deuten auf eine rasche Driften der Teststrecke ist nichtisothermen, was zu ungenauen Messungen letztlich führen wird. </li><li> Wählen Sie die Logging-Funktion in der Abfragesoftware und aufzeichnen 10-100 Scans von DTS-Daten für die gleichen stagniert, isothermen Bedingungen verwendet nur die Basislinie zu erzeugen. Nehmen Sie auch die TC / RTD Lesen. Hinweis: Dies ist Reservedaten für Nachtest Kontrollen von Offsets, die durch den Stamm von Strömung oder unerwartete Verformung des Testabschnitts oder Träger erzeugt werden können. </li></ol> 7. Run Test <ol><li> Schalten Sie den Kompressor Luftstrom zu erzeugen und Stromregler anpassen, um Durchflussmengen bei 1,25 kg / s pro Kanal entsprechen. HINWEIS: Durchschnittliche Eintrittsgeschwindigkeit beträgt 1,1 m / sec und Reynolds-Zahl ist 10.000. </li><li> Set Heizleistungs bis 600 W, um die Ost-Jet 20 ° C über der Weststrahl zu erwärmen, die bei Umgebungstemperatur ist. </li><li> Lassen Sie das System über Nacht laufen Gleichgewicht zu erreichen. </li><li> Am nächsten Tag untersuchen Live-DTS-Signal Geräuschpegel zu beurteilen. Wählen Sie den Sensor &quot;gage length &quot;in der Software akzeptablen Geräuschpegel zu erreichen (30 mm Lehre wird hier verwendet). HINWEIS: Messlänge entspricht räumlicher Auflösung zum Sensor. Im Allgemeinen wird das Signalrauschen nimmt zu, wenn Messlänge ab, und als strömungsinduzierten Vibrationen erhöht (siehe Bedienungsanleitung und Referenz 13 und 14). </li><li> Melden 2000 DTS-Scans bei 4 Hz. </li><li> Schalten Sie Heizleistungs und Luftstrom. Lassen Sie den Tank über Nacht sitzen Gleichgewicht zu erreichen und 10-100 DTS-Scans erfassen die Pre-Testdatensatz für Nachtest Offset Prüfungen gespeichert zu ergänzen. </li></ol> 8. Datenanalyse <ol><li> Wählen Sie das Post-Processing-Funktion im Hauptfenster der Abfragesoftware und importieren Sie die Testdaten, die in einem speziellen binären Format ist. </li><li> Exportieren Sie die Daten als Textdatei, die von herkömmlichen Tabellenkalkulationsprogrammen gelesen werden kann. HINWEIS: Diese Daten repräsentieren gemessenen &amp; Delta; T entlang der Faser , wo AT (x) = T (x) abs - T - Basis. Es enthält keinen Hinweis aufPosition in der Meßstrecke (siehe Fig. 6). Weitere Informationen finden Sie im Handbuch für den Interrogator Benutzer und Referenzen 6 und 16 für diesen Schritt und die nächste. </li><li> Import von Textdaten in einem herkömmlichen Tabellenkalkulations und konvertieren zur absoluten Temperatur von T Baseline hinzufügen, gemessen von TC oder RTD in Schritt 6.4, auf alle Daten. HINWEIS: Die Umstellung auf die absolute Temperatur ist nur ein Einzelwert - Offset - Korrektur: T (x) abs = &amp; Delta; T (x) + T Baseline , da wir festgelegt haben , dass der Testabschnitt isothermen während der Baseline war. </li><li> Verwendung Tabellenkalkulationsprogramm oder ein ähnliches Datenmanipulationsprogramm T (x) Daten zu zersetzen und zu physikalischen Positionen innerhalb der Meßstrecke Karte wie die in den Figuren 7 und 8 gezeigt. HINWEIS: Das Programm wird die Daten mit dem Lötkolben in Schritt 5 gesammelt nutzen. </li></ol>

<ol><li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRaffel%2C+M+%22Particle+Image+Velocimetry%22">Particle Image Velocimetry</a>. , Springer. New York. (2007).</li>
<li>Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Twenty+years+of+particle+image+velocimetry%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Twenty years of particle image velocimetry.</a> Exp. Fluids. 39, 159-169 (2015).</li>
<li>Vetrano, M. R., Simonini, A., Steelant, J., Rambaud, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thermal+characterization+of+a+flashing+jet+by+planar+laser-induced+fluorescence%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Thermal characterization of a flashing jet by planar laser-induced fluorescence.</a> Exp. Fluids. 54, 1573-1583 (2013).</li>
<li>Dahikar, S. K., Sathe, M. J., Joshi, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigation+of+flow+and+temperature+patterns+in+direct+condensation+using+PIV%2C+PLIF+and+CFD%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Eng.+Sci%22%5BJournal%5D)">Investigation of flow and temperature patterns in direct condensation using PIV, PLIF and CFD.</a> Chem. Eng. Sci. 65, 4606-4620 (2010).</li>
<li>Juškaitis, R., Mamedov, A. M., Potapov, V. T., Shatalin, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+interferometric+fiber+sensor+system%5BTitle%5D)+AND+%22Opt+Lett%22%5BJournal%5D)">Distributed interferometric fiber sensor system.</a> Opt Lett. 17 (22), 1623-1625 (1992).</li>
<li>Gifford, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Swept-wavelength+interferometric+interrogation+of+fiber+Rayleigh+scatter+for+distributed+sensing%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE%22%5BJournal%5D)">Swept-wavelength interferometric interrogation of fiber Rayleigh scatter for distributed sensing.</a> Proc. SPIE. 6770, Fiber Optic Sens and Appl V. 67700F (2007).</li>
<li>Kreger, S., Gifford, D., Froggatt, M., Soller, B., Wolfe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+resolution+distributed+strain+or+temperature+measurements+in+single-+and+multi-mode+fiber+using+swept-wavelength+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Optical+Fiber+Sensors%22%5BJournal%5D)">High resolution distributed strain or temperature measurements in single- and multi-mode fiber using swept-wavelength interferometry.</a> Optical Fiber Sensors. 2006, OSA/OFS 2006 4 (2006).</li>
<li>Bersan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Application+of+a+high+resolution+distributed+temperature+sensor+in+a+physical+model+reproducing+subsurface+water+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Measurement%22%5BJournal%5D)">Application of a high resolution distributed temperature sensor in a physical model reproducing subsurface water flow.</a> Measurement. , http://dx.doi.org/10.1016/j.measurement.2015.09.018 (2015).</li>
<li>Bao, X., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recent+progress+in+distributed+fiber+optic+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">Recent progress in distributed fiber optic sensors.</a> Sensors. 12, 8601-8639 (2012).</li>
<li>Ukil, A., Braendle, H., Krippner, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+temperature+sensing%3A+review+of+technology+and+applications%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Sensors+J%22%5BJournal%5D)">Distributed temperature sensing: review of technology and applications.</a> IEEE Sensors J. 12 (5), 885-892 (2012).</li>
<li>Zhou, D., Qin, Z., Li, W., Chen, L., Bao, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-spatial-resolution+distributed+vibration+measurement+using+time-resolved+optical+frequency-domain+reflectometry%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+SPIE+22nd+Int.+Conf.+Optical+Fiber+Sensors%22%5BJournal%5D)">High-spatial-resolution distributed vibration measurement using time-resolved optical frequency-domain reflectometry.</a> Proc. SPIE 22nd Int. Conf. Optical Fiber Sensors. 8421, 842115(2012).</li>
<li>Ding, F., Wang, L., Fang, N., Huang, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Experimental+study+on+humidity+sensing+using+a+FBG+sensor+with+polyimide+coating%5BTitle%5D)+AND+%22SPIE-Int+Soc+Opt.+Eng%22%5BJournal%5D)">Experimental study on humidity sensing using a FBG sensor with polyimide coating.</a> SPIE-Int Soc Opt. Eng. 7990, Optical Sensors Biophotonics. II 79900C (2011).</li>
<li>Palmieri, L., Schenato, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Distributed+optical+fiber+sensing+based+on+Rayleigh+Scattering%5BTitle%5D)+AND+%22Open+Optics+J%22%5BJournal%5D)">Distributed optical fiber sensing based on Rayleigh Scattering.</a> Open Optics J. 7 (1), http://dx.doi.org/10.2174/1874328501307010104 104-127 (2013).</li>
<li>Bhargava, P., Chuang, C. K., Chen, K., Zehnder, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Moisture+diffusion+properties+of+HFPE-II-52+polyimide%5BTitle%5D)+AND+%22J+Appl+Polymer+Sci%22%5BJournal%5D)">Moisture diffusion properties of HFPE-II-52 polyimide.</a> J Appl Polymer Sci. 102 (4), 3471-3479 (2006).</li>
<li>Lomperski, S., Gerardi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Assessment+of+distributed+fiber+optic+sensors+for+flow+field+temperature+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+ASME+2014+4th+Joint+US-European+Fluids+Engineering+Division+Summer+Meeting+and+12th+International+Conference+on+Nanochannels%2C+Microchannels%2C+and+Minichannels%22%5BJournal%5D)">Assessment of distributed fiber optic sensors for flow field temperature mapping.</a> Proc. ASME 2014 4th Joint US-European Fluids Engineering Division Summer Meeting and 12th International Conference on Nanochannels, Microchannels, and Minichannels. , Chicago. August 3-7, paper FEDSM2014-22156 8(2014).</li>
<li>Lomperski, S., Bremer, N., Gerardi, C., Lisowski, D. Performance assessment of a 50 m-long fiber optic distributed temperature sensor in a fluid dynamics experiment. Specialist Workshop on Advanced Instrumentation and Measurement Techniques for Nuclear Reactor Thermal Hydraulics. SWINTH-2016, June 15-17, Livorno, Italy, , (2016).</li>
<li><a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=%22Fusion+Splicer+70S+Instruction+Manual.+Fujikura+Ltd.%2C+70S_Rev2%22">Fusion Splicer 70S Instruction Manual. Fujikura Ltd., 70S_Rev2</a>. , Fujikura Ltd. (2013).</li>
<li>Lomperski, S., Gerardi, C., Pointer, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber+optic+distributed+temperature+sensor+mapping+of+a+jet+mixing+flow+field%5BTitle%5D)+AND+%22Exp.+Fluids%22%5BJournal%5D)">Fiber optic distributed temperature sensor mapping of a jet mixing flow field.</a> Exp. Fluids. 56, 16(2015).</li>
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Die Autoren haben nichts offenzulegen.

Wir haben die Verwendung von einem DTS in einem fluid dynamics Experiment gezeigt. Der Hauptvorteil dieser Sensoren ist die große Anzahl von Messpunkten, die von einem einzelnen Sensor erhalten werden kann. Die DTS verwendet hier erzeugten Daten bei 4.067 Punkten in einer 0,5 x 0,8 m Ebene, weit über die Grenzen herkömmlicher praktikabel Punktsensoren wie Thermoelemente. Während solche Datendichte kann durch optische Techniken wie Laser-induzierte Fluoreszenz (LIF) überschritten werden, wird eine DTS in undurchsichtigen Flüssigkeiten und Anwendungen funktionieren, die optischen Zugang fehlt. Die hohe Datendichte einer DTS eignet sich für die in Computational Fluid Dynamics-Code-Validierung beteiligt Experimente. Baselining ist der kritische Schritt im Protokoll und zentral in die Messgenauigkeit zu bestimmen. Ein isothermen Testabschnitt ist wesentlich die gesamte DTS ist bei einer bestimmten Temperatur zu gewährleisten, wenn eine Baseline. Wenn dies nicht möglich ist, wird T Base Base T (x), die mapp sein sollteed durch den DTS in unmittelbarer Nähe platziert TCs mehrere. Obwohl Basisqualität kann auf diese Weise verbessert werden, erschwert es, den Prozess der DTS Basislinie der Zuordnung zu den Standards für die Umstellung auf die absolute Temperatur. Immer auf der Suche nach Quellen der Stamm nach dem Beginn der Studie, die unberechenbar Signalverschiebungen einführen können. Solche Quellen sind zum Beispiel Meßstrecke Wärmeausdehnungs, die den Sensor erstreckt, die Bewegung von Trägern, dynamische Belastung von hohen Flußraten oder strömungsinduzierten Vibrationen. Die Vor- und Nachtest Messungen unter isothermen Bedingungen helfen, solche Probleme zu identifizieren. Dehnungsempfindlichkeit ist das größte Manko dieser Rayleigh-Streuung-basierte DTS. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren wie Thermoelemente, ist es empfindlich gegenüber Handhabung, Feuchtigkeit und Vibration. Diese Fragen sind am wichtigsten für die bloßen Sensorkonfiguration hier gezeigt, aber weit weniger wichtig für die in Kapillaren untergebracht Sensoren. Im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren kann ein DTS nicht mit Papierkram es zu einer anerkannten Kalibrierungsstandard wie NIST (National Institute of Standards and Technology) Tracing beschafft werden. In-situ - Kalibrierungen erforderlich sind, vorzugsweise mit einem isothermen Teststrecke, die in einigen schwierig sein kann , Anwendungen. Die Vibration ist von besonderer Bedeutung für die blanke Faser in einem großen Testabschnitt aufgereiht. Wir haben mit einem vertikal ausgerichteten Array gemischtem Erfolg hatte, dass die lange Achse des Tanks bei Segmentlängen von 1,7 m erstreckt. Eine Konfiguration mit 28 m Faser und 16 Segmente während einer Studie 18, gut durchgeführt , aber versucht , es war nicht erfolgreich 16 bis 53 m mit 29 Segmenten zu verlängern. Im allgemeinen Signalrauschen für jede Sensorlänge und Konfiguration kann durch Erhöhung der Messlänge, über die die Abfragesoftware die Verschiebung Rayleigh-Signal berechnet verringert werden, aber dies reduziert die effektive räumliche Auflösung. Jede Anwention muss sein eigenes Gleichgewicht zwischen Signalrauschen und räumlicher Auflösung schlagen. Wiederum können solche Schwierigkeiten weitgehend durch das Gehäuse des Sensors in einer Kapillare auf Kosten der längeren thermischen Reaktionszeit vermieden werden. Diese relativ neue Temperaturmesstechnik erfordert Entwicklung Schwingungsanfälligkeit zu reduzieren. Ein großer Teil dieser Arbeit wird notwendigerweise die Abfrageeinrichtung Hard- und Software beinhalten. Die Sensoren selbst können auch Empfindlichkeit gegenüber Handhabung und Feuchtigkeitsänderungen zu reduzieren, verbessert werden, die von den Faserbeschichtungen betroffen sind. Könnten die Arbeiten konzentrieren sich auf Beschichtungen überlegen dem Polyimid und Acrylat-beschichteten Fasern zur Zeit im Handel erhältlich entwickeln.

Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes werden verwendet, um eine Vielzahl von Fluidsystemen zu simulieren, von Luftstrom um Flugzeuge und Automobile den Blutfluss auf eine arterielle. Der Umfang und die Genauigkeit solcher Simulationen mit der Verfügbarkeit von Computerleistung gewachsen. Doch trotz der Komplexität der komplexen Simulationen, ihre Genauigkeit und Zuverlässigkeit sind oft schwer zu quantifizieren. In der Praxis wird die Genauigkeit von CFD-Codes beurteilt durch Simulationen mit experimentellen Daten in einem Prozess namens Codevalidierung vergleicht. Eine typische experimentelle Datensatz besteht hauptsächlich aus Geschwindigkeit und Temperaturmessungen, die beide im Idealfall mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung strengen Code-Validierung zu erleichtern. Geschwindigkeitsfelder können bei hoher Auflösung mit Particle Image Velocimetry (PIV), eine gut etablierte optische Technik 1,2 abgebildet werden. Im Gegensatz dazu ist es schwierig, Temperaturfelder mit einer Auflösung vergleichbar mit der von PIV zu kartieren. Optical Techniken wie Laserinduzierte Fluoreszenz zur Verfügung 3,4, aber sie erfordern relativ Kameras und Hochleistungslaser und sind ungeeignet für die opake Flüssigkeiten. Eine Alternative ist in der relativ neuen Technik der verteilten Temperaturerfassung auf Basis von Rayleigh - Streuung und gefegt-Wellenlängen - Interferometrie (SWI) 5-7 erhältlich. Tausende von Temperaturmessungen entlang einer einzigen optischen Faser erfasst werden. Eine verteilte Temperatursensor (DTS) kann in Umgebungen großer Strömungsfelder und Funktions erstrecken , die 8 für die bildbasierte Techniken ungeeignet sind. Es gibt auch DÜAs basierend auf Raman und Brillouin - Streuung 9,10, aber Sensoren basierend auf Rayleigh - Streuung und SWI bieten räumliche und zeitliche Auflösung besser geeignet für typische Strömungsdynamik Experimenten. Obwohl DÜAs Angebot Datendichte weit über die herkömmlichen Sensoren wie Thermoelemente (TCs), Sensoren auf Basis von Rayleigh scatteRing reagieren sowie Temperatur 11 bis belasten. Wenn die Faserbeschichtung hygroskopisch ist, Sensoren reagieren auch auf Feuchtigkeit 12,13 ändert. Absorption von Wasserdampf quillt die Beschichtung während der Desorption es 14 schrumpft, was die darunter liegenden Glasfaser - Stämme und ändert das Signal. Als Ergebnis wird die Genauigkeit durch die Handhabung, Vibrationen und Verschiebungen in der relativen Feuchtigkeit beeinflußt. Das ist ganz im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren und so unkonventionelle Installation und Messverfahren zu beachten, genaue Daten zu erhalten. Dieses Papier zeigt die Verwendung eines DTS in einem thermischen Mischexperiment, ein Protokoll und Richtlinien präsentiert Genauigkeit sicherzustellen. Die DTS verwendet hier basierend auf der Erfassung und Analyse der Rayleigh-Streuung innerhalb eines faseroptischen Wellenleiter. Eine zufällige Verteilung von Verunreinigungen und Strukturvariationen entlang des Faserkerns führt zu einem Rückstreumuster, das auf die Faser und in der Regel stabile einzigartig ist. Das Spektrum und die Amplitudenkann dieses Musters als Fasersignatur zu dienen gelesen werden. Physikalische Veränderungen wie Temperaturverschiebungen oder Dehnung verändern die Unterschrift in einer wiederholbaren Art und Weise und Variationen Signaturerfassungs ist die Basis, die Faser als Sensor für die Verwendung. Abbildung 1 zeigt die Hauptkomponenten des optoelektronischen Erfassungseinrichtung, eine optische verteilten Sensorabfrage genannt und hier einfach als &quot;Abfrageeinrichtung &quot; bezeichnet. In einer Technik , die als Swept-Wellenlängen - Interferometrie bekannt ist , startet ein Low - Power - abstimmbaren Laser ein Schmalbandsignal in die Faser für die Zwecke resultierende Backscatter 5-7 zu registrieren. Der Laser wird in einem Intervall von mehreren Nanometern gekehrt und das Signal aufgeteilt zwischen Referenz- und Messbeinen. Streulicht von dem Sensor mit dem Referenzsignal kombiniert, um Interferenzsignale an den Detektoren zu erzeugen. Detektorausgang wird digitalisiert und analysiert, um das Streusignal Rayleigh abzurufen. Die Rayleigh Unterschrift der Sensor Verschiebungen in der Wellenlänge in dem Sensortemperatur (Stamm oder Feuchtigkeit) ändert. Die Größe dieser Wellenlängenverschiebung bezieht Empfindlichkeit Sensor, der eine physikalische Konstante ist, mit dem Fasertyp verbunden, die einen Kalibrierungsfaktor analog dem Seebeck-Koeffizienten eines TC hat. Abbildung 2 zeigt den Glasbehälter, der als Teststrecke in dieser Studie verwendeten dient. Die Kamera hinter dem Tank gibt ein Gefühl der Skala. Luft tritt durch zwei hexagonalen Kanälen und vermischt, bevor sie durch eine Entlüftungsöffnung austritt. Um die Jets zu markieren, wurde ein Durchflussstrom mit Ölnebel ausgesät, während der andere reine Luft blieb. Der Tankdeckel hat ein Fenster mit einem schwarzen Bildschirm Polymer bedeckt. Obwohl nicht sichtbar auf dem Foto wird das DTS unter dem schwarzen Bildschirm suspendiert. Eine 50 m lange DTS wurde unter dem Tankdeckel montiert , wie in Fig. 3. Es wurde geformt aus 155 &amp; mgr; m Durchmesser mit Polyimid beschichteten optischen Faserund hängte auf 127 &amp; mgr; m Durchmesser Stahldraht zwischen Tank Endplatten aufgereiht. Der Sensor wurde durch den Draht in einem alternierenden Muster gewebt und hin und her über den Tank 49 mal durchgeschleift. Es erstreckt sich über eine 0,5 x 0,8 m-Ebene und erzeugt 1.355 unabhängige Datenpunkte bei 4 Hz und räumlichen Auflösung von 30 mm, 4.067 Datenpunkte, wenn sie mit 10 mm Abstand überabgetastet. Eine solche hohe Dichte Temperaturdaten ergänzt Datengeschwindigkeit und erhöht den Wert von Datensätzen für die CFD-Validierung. Das Protokoll beschreibt den Prozess der Sensorauswahl, Fertigung und Konfiguration, während bei der Verwendung der DTS in einem Fluiddynamik Experiment auf die besonderen Belange konzentrieren.

<table><tbody><tr><td>Sensor-Interrogator</td><td>Luna Inc.</td><td>ODiSI-A und -B</td><td>Die beiden Systeme unterscheiden sich vor allem in Geschwindigkeit und räumlicher Auflösung</td></tr><tr><td>Fusionsspleißer</td><td>Fujikura</td><td>70S</td><td></td></tr><tr><td>Cleaver</td><td>Fujikura</td><td>CT-3A</td><td></td></tr><tr><td>3-Loch Jacket-</td><td>Fiber Instrument Sales</td><td>F11301T</td> Optical Fibers OFS, <td></td></tr><tr><td></td><td>Specialty Photonics Division</td><td>BF06160-02</td><td>Polyimid-Beschichtung</td></tr><tr><td>Optisch Fasern</td><td>Newport Corp.</td><td>F-SM1500-4.2/50</td> Steckverbinder <td>für Acrylatbeschichtung</td></tr><tr><td></td><td>AFL Global</td><td>FUSE-LC-9U-SMA-6</td><td></td></tr><tr><td>Abschlussfaser</td><td>OFS, Abteilung für Spezialphotonik</td><td>552 HPWR 040</td><td></td></tr></tbody></table>

temperaturfeldzuordnung glasfaser verteilten sensoren für hochauflösendes

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

Die Zuverlässigkeit der Computational Fluid Dynamics (CFD) Codes wird durch den Vergleich Simulationen mit experimentellen Daten überprüft. Ein typischer Datensatz besteht hauptsächlich aus Geschwindigkeit und der Temperatur, die beide ideal hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung zu strengen Code-Validierung zu erleichtern. Während hochauflösende Geschwindigkeitsdaten leicht durch optische Messtechniken wie Particle Image Velocimetry erhalten wird, hat es sich als schwierig erwiesen, Temperaturdaten mit ähnlicher Auflösung zu erhalten. Traditionelle Sensoren wie Thermoelemente können diese Rolle nicht ausfüllen, aber die jüngste Entwicklung von verteilten Erfassung basierend auf der Rayleigh-Streuung und gefegt Wellen Interferometrie bietet Auflösung geeignet für CFD-Code-Validierung Arbeit. Tausende von Temperaturmessungen entlang einer einzigen dünnen Lichtleitfaser an Hunderten von Hertz erzeugt werden. Sensoren arbeiten über große Temperaturbereiche und innerhalb undurchsichtigen Flüssigkeiten, wo optische Techniken ungeeignet sind. Aber diese Art von Sensorist sowie Temperatur und so wird die Genauigkeit beeinflußt durch die Handhabung, Vibrationen und Verschiebungen in der relativen Feuchtigkeit auf Dehnung und Feuchtigkeit empfindlich. Ein solches Verhalten ist ganz im Gegensatz zu herkömmlichen Sensoren und so unkonventionelle Installation und Betriebsverfahren sind notwendig, um genaue Messungen zu gewährleisten. Dieses Papier zeigt Implementierung einer Rayleigh-Streuung-Typ verteilten Temperatursensor in einem Experiment thermischen Mischen von zwei Luftstrahlen bei 25 und 45 ° C beteiligt sind. Wir präsentieren Kriterien Auswahl der optischen Faser für den Sensor zu führen und Installations-Setup für einen Jet-Mischexperiment beschreiben. Wir zeigen Sensor Baselining, die Messwerte zu einer absoluten Temperatur-Standard verbindet, und praktische Fragen wie Fehler aufgrund von strömungsinduzierten Vibrationen. Dieses Material kann die Interessenten bei Temperaturmessungen mit hoher Datendichte und Bandbreite für Fluiddynamik Experimente und ähnliche Anwendungen unterstützen. Wir heben Tücken speziell für diese Sensoren für consideration in Versuchsplanung und Betrieb.

Raw DTS - Daten werden in Fig aufgetragen. 6 zeigt gemessene &amp; Dgr; T von der Basistemperatur (etwa 20 ° C) gegenüber dem Abstand entlang des Sensors. Die Daten sind &quot;rohe&quot; in dem Sinne, dass es weder zu der absoluten Temperatur noch abgebildet physikalischen Positionen innerhalb der Teststrecke umgewandelt. Die Daten basieren auf einer 30 mm Messlänge, die 1.666 unabhängige Messungen über die gesamte Sensorlänge von 50 m zur Verfügung stellt. Der 30 mm gage wurde bei 10 mm Intervallen in einem Überabtastungsmodus angewendet, die die Anzahl der Datenpunkte auf 5.000 erhöht. Derartige Datendichte ist mit konventionellen Sensoren, wie TCs nicht praktikabel. Bei x = 0 in Fig. 6 der Sensor befindet sich am östlichen Ende des Tanks, und als x erhöht es Schleifen hin und her in Richtung West End. Peaks auftreten, in denen der Sensor über den heißen Osten Strahl passiert und dann verblassen, wo es über die kalte Westen je istt. Die Handlung zeigt, wie auch das Ausgangssignal von einem einzigen DTS eine grundlegende Darstellung der Temperatur über einen ziemlich breiten Bereich zur Verfügung stellen kann. Beachten Sie das Signalrauschen in Richtung Westen Ende der Faser, die strömungsinduzierten Schwingung zurückzuführen ist. Obwohl Schwingung mit dem bloßen Auge nicht sichtbar war, war es ausreichend, um das Signal zu verschlechtern, und wir sehen dieses Problem am häufigsten mit langen Sensoren (&gt; 10 m). Die Rohdaten werden auf der Teststrecke in Abb abgebildet. 7, die von der DTS - Array gebildet Temperatur über die 0,5 x 0,8 m Messebene zeigt. Die Sicht von oben dem Tank nach unten auf den Deckel. Umrisse der hexagonalen Kanäle sind als Orientierungshilfe enthalten. Die Kontur basiert auf 4.067 Datenpunkte, da die Schlaufen unter dem Deckel geklebt sind ausgeschlossen. Die lineare Interpolation zwischen benachbarten Sensorsegmente wurde verwendet, um die 2D-Kontur zu erstellen. the Kontur bietet einen klaren Sinn für das Wärmemuster unterhalb des Deckels mit einer warmen Region im Osten Jet, aber um ihn herum nicht zentriert. Auch evident ist eine grobe Symmetrie um den Tank Midplane, die y = 0 auf dem Grundstück ist. Diese Art von Temperaturdaten ist eine nützliche Ergänzung zu Geschwindigkeitsdaten in der Fluiddynamik Studien Wärmedurchmischung und Wärmeübertragung beteiligt sind. Rigorose Code-Validierung erfordert eine solche hochauflösende Daten sowohl für die Temperatur- und Geschwindigkeitsfelder. Die gleichen Sensordaten können verarbeitet werden, um die Größe der Temperaturschwankungen zu offenbaren. Die RMS (root mean square) der 2000 - Scan - Datensatz ist in Abbildung 8 dargestellt. Magenta markiert den Bereich , in dem Temperaturschwankungen sind relativ hoch. Dies ist auch ein Bereich mit hoher Turbulenz in dem die beiden Strahlen steigenden als impinge am Deckel zusammenwirken. RMS-Daten ist für Turbulenzmodellierung im Rahmen der thermischen Durchmischung nützlich. Abbildung 1. Befrager schematisch. Prinzip Komponenten optischer verteilten Sensorabfrageeinrichtung für Temperaturmessungen. Das System basiert auf swept-Wellenlängen - Interferometrie, die die Rayleigh - Rückstreu - Signatur des Sensors charakterisiert. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig1large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig2.jpg" /> Abbildung 2. Test Abschnitt Luftstrahl - Mischexperiment. Luft gelangt Tank durch die Basis über zwei hexagonalen Kanäle und die Mischungen vor durch die obere Lüftungs verlassen. Der schwarze Bildschirm , um den Deckel Fensterabdeckung ist 3 mm über den DTS (nicht sichtbar). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig2large.jpg" target="_blank">Pl</a>erleichtern klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig3.jpg" /> Abbildung 3. DTS Montagekonfiguration. Draufsicht der Tank über die lange Achse des Tanks aufgereiht DTS gewebt zwischen Stahlstützdrähten zeigt. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig3large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig3large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Abbildung 4" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig4.jpg" /> Abbildung 4. DTS close-up. Close-up - Foto von DTS mit Blick von innen Tank nach oben auf Deckel Sensorschleifen zu markieren, Befestigung und Ort des ersten Testpunkt mit Lötkolben abgebildet werden. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig4large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig4large.jpg" target="_blank">eine größere Version zu sehen dieses fi</a>Abbildung. <img alt="Abbildung 5" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig5.jpg" /> Abbildung 5. Rayleigh - Streuung Signal. Typische Rayleigh - Streuung Signal mit Sensor - Konfigurationsprogramm (Kurz Sensor für Klarheit hier gezeigt) aufgezeichnet. Ein ordnungsgemäßer Abschluß wird scharf Signalabfall zu Rauschen erzeugen. Die geringe Signal Schritt nach oben und bescheiden Reflexion an der Anschluss ist charakteristisch für einen richtig gespleißt Anschluss. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig5large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig5large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Figur 6" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig6.jpg" /> Abbildung 6. Raw DTS - Daten. Ein einzelner Scan von Roh - DTS - Daten mit dem heißen Ost-Jet bei 45 ° C und kalten Weststrahl bei 25 ° C Peaks auftreten, in dem Sensor direkt<html> oben heißen Strahl. Daran erinnern , dass der Sensor Looping hin und her zwischen Tankwänden. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig6large.jpg" target="_blank">Bitte hier klicken</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig6large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="7" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig7.jpg" /> Abbildung 7. gemessene Lufttemperatur unter Deckel. DTS - Rohdaten zur absoluten Temperatur umgewandelt und abgebildet physikalische Position innerhalb des Tanks. Die Daten basieren auf 2.000 Scans bei 4 Hz protokolliert. Datenabstand 10 mm für eine Gesamtmenge von 4.067 Datenpunkte aufgetragen. Die lineare Interpolation zu füllen Regionen zwischen Sensorsegmenten eingesetzt. Hexagons zeigen Positionen von Einlässen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig7large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig7large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 54076fig8.jpg &quot;/&gt; Abbildung 8. Root - Mean - Square (RMS) der gemessenen Temperatur. RMS von Daten aufgezeichnet in Fig. 7. Magenta zeigt eine hohe Temperaturschwankungen und thermische Vermischung von heißen und kalten Jets. Hexagons zeigen Positionen von Einlässen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig8large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier</a> , um <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig8large.jpg" target="_blank">eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Tabelle 1" src="/files/ftp_upload/54076/54076table1.jpg" /> Tabelle 1. Ordnung der Größenordnung thermischen Reaktionszeit für ausgewählte Fasertypen und Gehäusekonfigurationen im Kreuzstrom bei 1 m / s und 20 ° C. <img alt="Tabelle 2" src="/files/ftp_upload/54076/54076table2.jpg" /> Tabelle 2 Ungefähre Betriebstemperaturgrenzen und Feuchtigkeitsempfindlichkeit für ausgewählte Beschichtungskonfigurationen.

Wir demonstrieren die Verwendung eines faseroptischen verteilten Sensor zum Abbilden des Temperaturfeldes Luftstrahlen zu mischen. Die Rayleigh-Streuung-basierten Sensor erzeugt Tausende von Datenpunkten entlang einer einzelnen Faser außergewöhnliche räumliche Auflösung zu schaffen, die mit herkömmlichen Sensoren wie Thermoelemente unerreichbar ist.

Temperaturfeldzuordnung Glasfaser verteilten Sensoren für hochauflösendes

The reliability of computational fluid dynamics (CFD) codes is checked by comparing simulations with experimental data. A typical data set consists ...

Das übergeordnete Ziel dieses Experiments besteht darin, hochauflösende Strömungsfelddaten bereitzustellen, um Computerprogramme der numerischen Strömungsmechanik zu validieren und deren Fähigkeit zu überprüfen, den Wärmeübergang in turbulenten Strömungen genau zu simulieren. Diese fortschrittliche Temperaturmesstechnik kann Tausende von Datenpunkten entlang eines einzelnen Sensors erfassen, der aus handelsüblichem Telekommunikationsfaser besteht. Sie ist in der Lage, eine Datendichte bereitzustellen, die weit über die traditioneller Sensoren wie Thermoelemente hinausgeht.Im Gegensatz zu Thermoelementen reagieren diese faseroptischen Sensoren jedoch nicht nur auf Temperatur, sondern auch auf Dehnung. Daher beeinflussen mechanische Belastung, Vibrationen und Luftfeuchtigkeitsänderungen das Temperatursignal. Die Empfindlichkeit gegenüber Dehnung unterscheidet sich deutlich von der herkömmlicher Sensoren.Und um genaue Daten zu erhalten, sind spezielle Betriebsverfahren und Praktiken erforderlich, die wir hier demonstrieren werden. Der verteilte Temperatursensor, oder DTS, wird anhand dieses Prüfabschnitts gezeigt. Es handelt sich um einen Glaskolben mit zwei sechseckigen Luftkanälen, die an der Basis angebracht sind.Die Luft tritt nach dem Durchmischen im Inneren durch eine Öffnung an der Oberseite aus. Auf der Innenseite der oberen Platte befindet sich ein schwarzer Polymerschirm über der Position des DTS. Greifen Sie auf das Innere des Prüfabschnitts zu, indem Sie die Platten an der Oberseite und an der Seite entfernen.Über der Prüfstrecke verläuft ein Stahldraht mit einer Teilung von 20 Millimetern. Im Messbereich tragen die Drähte die optische Faser des verteilten Temperatursensors. Die optischen Fasern verlaufen senkrecht zum Stahldraht und sind in einem Abstand von 10 Millimetern zueinander angeordnet.Am Anfang der DTS ist etwa ein Meter Faser für das Spleißen und die Endverbindung reserviert. Die Segmente werden von einer Seite des Messbereichs zur anderen durch benachbarte Drähte geführt. Die Faser wird umgelenkt, um das benachbarte Segment zu beginnen, und die Enden werden mit Klebeband an der Prüfstelle befestigt.Dies ist eine schematische Darstellung des endgültigen Prüfabschnitts von oben. Die Stahldrähte bedecken einen Bereich, der die Kanäle einschließt. Die Faser des verteilten Temperatursensors ist in dem Bereich über den Kanälen durch die Drähte hindurchgewoben.Um die optische Faser der DTS zu verlegen, folgen Sie diesen Schritten. Beginnen Sie mit einer 50 Meter langen Faserspule und wickeln Sie genügend Faser ab, um die Reserve für das Spleißen mit einem Stecker außerhalb des Tanks zu erstellen. Befestigen Sie die Faser jenseits der Reserve an der Abdeckung des Prüfabschnitts.Als Nächstes wickeln Sie etwa einen halben Meter Faser ab, der zum Starten der ersten neuen Sensorenabschnitte verwendet wird. Legen Sie einige hundert Millimeter Faser auf das Drahtgitter und formen Sie sie zu einer Schleife. Beginnen Sie damit, die Schleife im Wechsel über und unter benachbarte Drähte hindurch in die Stützdrähte einzuflechten.Wenn die gegenüberliegende Seite des Tanks erreicht ist, kann die Faser für die ersten beiden Sensorenabschnitte fixiert werden. Ziehen Sie den ersten Abschnitt straff und befestigen Sie ihn mit Klebeband an der Unterseite des Deckels. Ein am Deckel angebrachter Lineal dient zur Positionsbestimmung und zum Kontrollieren des Abstands zwischen den Abschnitten.Wir möchten, dass dies so straff ist, dass es während des Durchflusses an seiner Position bleibt, aber nicht so straff, dass eine Verformung im Prüfabschnitt den Sensor belastet und Messfehler verursacht. Bilden Sie nun eine Schleife mit einem Durchmesser von etwa 30 Millimetern im nicht befestigten Teil der Faser und befestigen Sie sie mit Klebeband 10 Millimeter vom ersten Segment entfernt. Befestigen Sie das andere Ende des zweiten Segments am Tankdeckel.Entrollen Sie etwa einen halben Meter der Faser, um mit dem nächsten Paar von Sensorsegmenten zu beginnen. Wiederholen Sie die Schritte, die für die ersten beiden Detektorsegmente verwendet wurden, um zusätzliche Segmentpaare zu erzeugen. Wenn das Sensorgitter installiert ist, verbinden Sie einen Stecker mit dem Ende der Faser. Stecken Sie den Sensor in das gelbe Verzögerungskabel, das den Sensor mit dem Abfrager verbindet. Schließen Sie das Verzögerungskabel an den Abfrager an und führen Sie die Konfigurationsschritte vollständig durch. Der Sensorabfrager basiert auf schneller Wellenlängeninterferometrie.Ein abstimmbares Diodenlaser mit niedriger Leistung sendet ein schmales Bandsignal in die Faser. Der Laser wird über mehrere Nanometer abgestimmt, und das Signal wird auf Referenz- und Messarme aufgeteilt. Das gestreute Licht vom Sensor wird mit dem Referenzsignal kombiniert, um Interferenzsignale an den Detektoren zu erzeugen.Die Detektorausgabe wird verwendet, um das Streusignal der Freisetzung zu erfassen. Die Sensorpositionen müssen nun abgebildet werden. Verbinden Sie dazu einen Lötkolben mit einem Variabltransformator, der auf etwa 40 Prozent eingestellt ist.Verwenden Sie am Computer die Abfragesoftware, um Live-Daten auf dem Bildschirm anzuzeigen. Nehmen Sie das Löteisen und nähern Sie sich dem Anfang des ersten Sensorsensors, halten Sie das Eisen nahe am Sensor und berühren Sie kurz den Endpunkt. Stoppen Sie am Computer die Datenaufnahme, um den Peak einzufrieren.Vergrößern Sie dann den Temperaturspitzenwert, um die Position des Maximums und den physikalischen Ort aufzuzeichnen. Sammeln Sie die Daten in gleicher Weise für die Start- und Endpunkte jedes Segments. Bereiten Sie nach der Abbildung der Sensorenpositionen einen oder mehrere Temperaturstandards vor.Verwenden Sie in diesem Fall das Thermoelement für die Aufgabe. Wählen Sie einen Bereich in der Messzone der DTS aus. Bringen Sie das Thermoelement in der Nähe der Faser der DTS an.Nach Abschluss der Arbeiten im Inneren schließen Sie den Tank, indem Sie alle Paneele wieder an ihre Positionen zurückbringen. Fahren Sie fort, indem Sie den Tank mit einer Form von Isolierung umwickeln. Lassen Sie ihn nach dem Umwickeln ausreichend lange ruhen, um eine isotherme Atmosphäre um den Sensor herum aufzubauen.Wenn das System bereit ist, starten Sie die Auswertungssoftware und beginnen Sie mit den Messungen. Um die Grundlinie zu erhalten, stoppen Sie zunächst die Messung. Wählen Sie anschließend Grundlinie aus und geben Sie einen Dateinamen in das vorgesehene Feld ein.Wählen Sie einen Messbereich aus und klicken Sie auf „OK“, um den Basislinienprozess zu starten. Notieren Sie gleichzeitig die Temperaturanzeige des Thermoelements zur Kalibrierung. Sobald die Software die Aufnahme der Basislinie abgeschlossen hat, wechseln Sie in den Messmodus.Das Signal sollte nun über die gesamte Länge des Sensors hinweg Null betragen und sich nicht im Laufe der Zeit verschieben, wenn sich das System in einem thermisch stabilen Zustand befindet. Gehen Sie nun zu den Durchfluss- und Heizungsreglungen, um einen Durchlauf vorzubereiten. Bei eingeschaltetem Luftstrom passen Sie die Durchflussraten in den Kanälen an, sodass sie übereinstimmen.Stellen Sie den Leistungsregler so ein, dass ein Jet erhitzt wird, und stellen Sie die gewünschte Differenztemperatur zwischen den Jets ein. Kehren Sie zum System zurück, nachdem es über Nacht gelaufen ist, um das Gleichgewicht zu erreichen. Untersuchen Sie das Live-DTS-Signal, um die Rauschpegel zu bewerten, und wählen Sie die geeignete Messlänge aus.Verwenden Sie das verteilte Temperatursystem, um 2000 Scans mit einer Frequenz von 4 Hertz aufzuzeichnen. Dies sind Rohdaten der gemessenen Temperaturdifferenz zur Basistemperatur. Das linke Ende der horizontalen Achse entspricht einem Faserabschnitt an der Grenze des Systems, der als östliches Ende bezeichnet wird.Wenn man sich nach rechts bewegt, verläuft die Faser hin und her in Richtung des westlichen Endes. Spitzenwerte treten dort auf, wo sich der Sensor direkt über dem heißen Strahl befindet. Das Rauschen am westlichen Ende beruht auf durch Strömung verursachten Vibrationen.Hier werden die Rohdaten auf Positionen im Prüfabschnitt abgebildet. Die Blickrichtung erfolgt von oben auf die Messeebene des DTS-Arrays. Die Umrisse der sechseckigen Kanäle weisen eine A-zu-Orientierung auf.Die lineare Interpolation zwischen den Datenpunkten ermöglicht die Erstellung einer zweidimensionalen Temperatur-Konturkarte, um ein Bild des thermischen Musters unter dem Deckel zu erhalten. Der rote Bereich zeigt einen warmen Bereich über dem östlichen Jet, der jedoch nicht auf diesen zentriert ist. Die Sensordaten können außerdem verwendet werden, um den mittleren quadratischen Wert der Temperaturschwankungen entlang der Route abzubilden.Der magentafarbene Bereich ist ein Bereich mit hohen Temperaturschwankungen und starker Turbulenz, in dem die beiden aufsteigenden Strahlen interagieren, nachdem sie auf den Deckel treffen. Wir haben gesehen, wie ein einzelner faseroptischer Sensor, der auf Rayleigh-Streuung basiert, Tausende von Temperaturmessungen generieren kann, um ein detailliertes Bild des gesamten Messfeldes zu liefern, das mit Thermoelementen nicht erzielbar wäre. Um die Messgenauigkeit sicherzustellen, achten Sie stets besonders auf die Dehnungssteuerung nach der Referenzmessung und minimieren Sie durch eine sorgfältige Konstruktion der Sensorhalterung vibrationsbedingte Störungen, die durch Strömung verursacht werden.Diese verteilte Messtechnik er&ouml;ffnet neue M&ouml;glichkeiten f&uuml;r Temperaturmessungen in undurchsichtigen Fl&uuml;ssigkeiten und anderen Anwendungen, die sich nicht f&uuml;r optische Verfahren eignen, die auf Lasern und Kameras basieren.

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Research

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