Summary
हम हवा जेट विमानों के मिश्रण का तापमान क्षेत्र मानचित्रण के लिए एक फाइबर ऑप्टिक वितरित सेंसर के उपयोग के प्रदर्शन। रेले बिखरने आधारित सेंसर असाधारण स्थानिक संकल्प है कि इस तरह के thermocouples के रूप में पारंपरिक सेंसर के साथ अप्राप्य है प्रदान करने के लिए एक भी फाइबर के साथ डेटा अंक के हजारों उत्पन्न करता है।
Abstract
कम्प्यूटेशनल फ्लूड डायनामिक्स (सीएफडी) कोड की विश्वसनीयता प्रयोगात्मक डेटा के साथ सिमुलेशन की तुलना द्वारा जाँच की है। एक ठेठ डेटा सेट वेग और तापमान रीडिंग के मुख्यतः, दोनों आदर्श कठोर कोड सत्यापन की सुविधा के लिए उच्च स्थानिक और लौकिक संकल्प होने होते हैं। उच्च संकल्प वेग डेटा आसानी से इस तरह के कण छवि velocimetry के रूप में ऑप्टिकल माप तकनीकों के माध्यम से प्राप्त किया जाता है, यह इसी तरह के संकल्प के साथ तापमान डेटा प्राप्त करने के लिए मुश्किल साबित हो गया। ऐसे thermocouples के रूप में पारंपरिक सेंसर इस भूमिका को भरने नहीं कर सकते, लेकिन रेले बिखरने और बह लहर इंटरफेरोमेट्री के आधार पर वितरित संवेदन की हाल ही में विकास सीएफडी कोड सत्यापन कार्य के लिए उपयुक्त समाधान प्रदान करता है। तापमान मापन के हजारों हर्ट्ज के सैकड़ों पर एक पतली ऑप्टिकल फाइबर के साथ उत्पन्न किया जा सकता है। सेंसर बड़े तापमान सीमाओं पर और अपारदर्शी तरल पदार्थ जहां ऑप्टिकल तकनीक अनुपयुक्त हैं भीतर कार्य करते हैं। लेकिन सेंसर के इस प्रकार केतनाव और उमस के साथ ही तापमान के प्रति संवेदनशील है और इसलिए सटीकता, हैंडलिंग कंपन, और सापेक्ष आर्द्रता में बदलाव से प्रभावित है। इस तरह के व्यवहार काफी पारंपरिक सेंसर के विपरीत है और इसलिए अपरंपरागत स्थापना और संचालन प्रक्रियाओं सटीक मापन सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक हैं। यह पत्र 25 और 45 डिग्री सेल्सियस पर दो हवाई जेट विमानों को शामिल एक थर्मल मिश्रण प्रयोग में एक रेले बिखरने प्रकार वितरित तापमान संवेदक के कार्यान्वयन को दर्शाता है। हम मानदंड पेश सेंसर के लिए ऑप्टिकल फाइबर का चयन गाइड और एक जेट मिश्रण के प्रयोग के लिए स्थापना सेटअप का वर्णन है। हम सेंसर baselining है, जो एक पूर्ण तापमान मानक के लिए रीडिंग लिंक को समझाना, और इस तरह के प्रवाह प्रेरित करने के लिए कंपन की वजह से त्रुटियों के रूप में व्यावहारिक मुद्दों पर चर्चा की। इस सामग्री को तरल गतिकी प्रयोगों और इसी तरह के अनुप्रयोगों के लिए उच्च घनत्व डेटा और बैंडविड्थ होने तापमान माप में रुचि रखने वालों के लिए सहायता कर सकते हैं। हम considera के लिए इन सेंसरों के लिए विशिष्ट नुकसान पर प्रकाश डालाप्रयोग के डिजाइन और ऑपरेशन में tion।
Introduction
कम्प्यूटेशनल तरल गतिकी (सीएफडी) कोड रक्त के प्रवाह को धमनियों के लिए नीचे विमानों और ऑटोमोबाइल के आसपास airflow से तरल पदार्थ प्रणालियों की एक विस्तृत विविधता अनुकरण करने के लिए उपयोग किया जाता है। गुंजाइश है और इस तरह के सिमुलेशन की निष्ठा कंप्यूटिंग शक्ति की उपलब्धता के साथ हो गए हैं। हालांकि, उन्नत सिमुलेशन के परिष्कार के बावजूद, उनकी सटीकता और विश्वसनीयता अक्सर यों के लिए कड़ी मेहनत कर रहे हैं। अभ्यास में, सीएफडी कोड की सटीकता एक प्रक्रिया बुलाया कोड सत्यापन में प्रयोगात्मक डेटा के साथ सिमुलेशन की तुलना द्वारा मूल्यांकन किया है।
एक ठेठ प्रयोगात्मक डेटा सेट वेग और तापमान मापन के मुख्यतः होते हैं, दोनों आदर्श के उच्च स्थानिक और लौकिक कठोर कोड सत्यापन की सुविधा के लिए संकल्प। वेग क्षेत्रों कण छवि velocimetry (PIV), एक अच्छी तरह से स्थापित ऑप्टिकल तकनीक का उपयोग कर 1,2 उच्च संकल्प पर मैप किया जा सकता है। इसके विपरीत, यह संकल्प PIV के बराबर के साथ तापमान क्षेत्रों नक्शा करने के लिए मुश्किल है। opticaइस तरह के लेजर प्रेरित प्रतिदीप्ति के रूप में एल तकनीक उपलब्ध 3,4 हैं, लेकिन वे कैमरे और अपेक्षाकृत उच्च शक्ति लेजर की आवश्यकता होती है, और अपारदर्शी तरल पदार्थ के लिए अनुपयुक्त हैं।
एक वैकल्पिक और बह तरंगदैर्ध्य इंटरफेरोमेट्री (श्रृंगार) 5-7 रेले बिखरने के आधार पर वितरित तापमान संवेदन की अपेक्षाकृत नई तकनीक में उपलब्ध है। तापमान मापन के हजारों एक ऑप्टिकल फाइबर के साथ प्राप्त किया जा सकता है। एक वितरित तापमान संवेदक (डीटीएस) वातावरण है कि छवि आधारित तकनीक 8 के लिए अनुपयुक्त हैं में बड़े प्रवाह क्षेत्रों और समारोह काल कर सकते हैं। वहाँ भी रेले बिखरने पर आधारित हैं DTSs रमन और Brillouin बिखरने 9,10 पर आधारित है, लेकिन सेंसर और श्रृंगार ठेठ तरल गतिकी प्रयोगों के लिए स्थानिक और लौकिक संकल्प अधिक उपयुक्त हैं।
हालांकि इस तरह के thermocouples (टीसीएस), सेंसर रेले scatte के आधार पर के रूप में दूर पारंपरिक सेंसर के परे है कि DTSs प्रस्ताव के डेटा घनत्वरिंग प्रतिक्रिया तापमान 11 के साथ ही तनाव। अगर फाइबर कोटिंग हीड्रोस्कोपिक है, सेंसर भी प्रतिक्रिया नमी परिवर्तन करने के लिए 12,13। जबकि desorption सिकुड़ती यह 14 है, जो अंतर्निहित ग्लास फाइबर तनाव और संकेत बदल जल वाष्प के अवशोषण कोटिंग पहुँच जाती है। नतीजतन, सटीकता, हैंडलिंग कंपन, और सापेक्ष आर्द्रता में बदलाव से प्रभावित है। यह काफी पारंपरिक सेंसर के विपरीत है और इसलिए अपरंपरागत स्थापना और माप तरीकों सही आंकड़ा प्राप्त करने के लिए मनाया जाना चाहिए। इस पत्र, एक थर्मल मिश्रण प्रयोग में एक डीटीएस के उपयोग को दर्शाता एक प्रोटोकॉल और दिशा निर्देशों पेश सटीकता सुनिश्चित करने के लिए।
यहां इस्तेमाल डीटीएस एक फाइबर ऑप्टिक waveguide के भीतर का पता लगाने और रेले बिखरने के विश्लेषण पर आधारित है। फाइबर कोर साथ दोष और संरचनात्मक बदलाव की एक यादृच्छिक वितरण एक backscatter पैटर्न है कि फाइबर और आम तौर पर स्थिर करने के लिए अद्वितीय है को जन्म देता है। स्पेक्ट्रम और आयामइस पद्धति का एक फाइबर हस्ताक्षर के रूप में सेवा करने के लिए पढ़ा जा सकता है। जैसे तापमान परिवर्तन या तनाव के रूप में शारीरिक परिवर्तन एक repeatable तरह से हस्ताक्षर परिवर्तन, और हस्ताक्षर की विविधताओं का पता लगाने के एक संवेदक के रूप में फाइबर का उपयोग करने के लिए आधार है।
चित्रा 1 Optoelectronic संवेदन डिवाइस के सिद्धांत घटकों, एक ऑप्टिकल सेंसर वितरित प्रश्नकर्ता कहा जाता है, और बस "प्रश्नकर्ता" यहाँ के रूप में चिह्नित दिखाता है। एक तकनीक बह तरंगदैर्ध्य इंटरफेरोमेट्री रूप में जाना जाता है, एक कम शक्ति ट्यून करने योग्य लेजर 5-7 backscatter परिणामी पंजीकरण के प्रयोजन के लिए फाइबर में एक संकीर्ण बैंड संकेत शुरूआत। लेजर कई नैनोमीटर के अंतराल भर में बह जाता है और संकेत संदर्भ और माप पैरों के बीच विभाजित है। सेंसर से बिखरे हुए प्रकाश संदर्भ संकेत डिटेक्टरों में हस्तक्षेप संकेतों को उत्पन्न करने के साथ संयुक्त है। डिटेक्टर उत्पादन डिजीटल और रेले बिखरने संकेत पुनः प्राप्त करने के लिए विश्लेषण किया है। Rayleतरंग दैर्ध्य जहां सेंसर तापमान (तनाव, या आर्द्रता) परिवर्तन में सेंसर पारियों की igh हस्ताक्षर। इस तरंग दैर्ध्य पारी की भयावहता जो एक भौतिक फाइबर प्रकार है, जो एक अंशांकन कारक एक टीसी के Seebeck गुणांक के अनुरूप है के साथ जुड़े स्थिर है संवेदनशीलता, सेंसर से संबंधित है।
चित्रा 2 गिलास टैंक है कि परीक्षण के इस अध्ययन में इस्तेमाल खंड के रूप में कार्य करता है पता चलता है। टंकी के पीछे कैमरा पैमाने की भावना देता है। एयर दो हेक्सागोनल नलिकाओं के माध्यम से प्रवेश करती है और एक वेंट के माध्यम से बाहर निकलने से पहले घोला जा सकता है। जेट विमानों को उजागर करने के लिए, एक प्रवाह धारा तेल धुंध के साथ वरीयता प्राप्त था, जबकि अन्य शुद्ध हवा बने रहे। टैंक ढक्कन एक खिड़की एक काले रंग की बहुलक स्क्रीन के साथ कवर किया गया है। हालांकि तस्वीर में दिखाई नहीं देता, डीटीएस काली स्क्रीन के नीचे निलंबित कर दिया है।
के रूप में छवि में दिखाया गया है एक 50 मीटर लंबी डीटीएस टैंक के ढक्कन के नीचे रखा गया था। 3। यह 155 मीटर व्यास polyimide लेपित ऑप्टिकल फाइबर से फैशन की गई थीऔर 127 मीटर व्यास स्टील के तार टैंक अंत पैनल के बीच अनुभूत पर लटका दिया। सेंसर एक बारी पैटर्न में तार के माध्यम से बुना और आगे और पीछे की टंकी भर looped 49 बार किया गया था। यह एक 0.5 x 0.8 मीटर विमान तक फैला है और जब 10 मिमी अंतर के साथ oversampled 4067 डेटा अंक 4 हर्ट्ज पर 1,355 स्वतंत्र डेटा अंक और 30 मिमी के स्थानिक संकल्प, उत्पन्न करता है। इस तरह के उच्च घनत्व तापमान डेटा वेग डेटा पूरक है और सीएफडी सत्यापन के लिए डेटा सेट का मूल्य बढ़ जाता है। प्रोटोकॉल जबकि एक तरल गतिकी प्रयोग में डीटीएस का उपयोग करने में विशेष चिंताओं पर ध्यान केंद्रित सेंसर चयन, निर्माण, और विन्यास की प्रक्रिया की रूपरेखा।
Protocol
आवेदन के लिए 1. चुनें इष्टतम सेंसर लिखें
- नमूने की गति और डेटा बिंदुओं की संख्या के बीच तालमेल के आधार पर सेंसर लंबाई चुनें।
नोट: 2.5 हर्ट्ज और संकल्प <10 मिमी से कम 50 मीटर की लंबाई में करने के लिए एक प्रश्नकर्ता के नमूने सेंसर, जबकि अन्य नमूने सेंसर 10 5 मिमी संकल्प और 100 हर्ट्ज पर लंबाई में मीटर। - एकल मोड ऑप्टिकल फाइबर का एक प्रकार सेवा तापमान सीमा, समय प्रतिक्रिया, नमी संवेदनशीलता, और स्थापना विन्यास (नंगे या केशिका में) के लिए आवश्यकताओं के आधार पर चयन करें।
नोट: यहाँ हम इस्तेमाल किया है 155 माइक्रोन व्यास polyimide लेपित एकल मोड वाणिज्यिक दूरसंचार ऑप्टिकल फाइबर।
ध्यान दें: फाइबर और विन्यास हम हमारी प्रयोगशाला में प्रयोग किया जाता है के उदाहरण के रूप में टेबल्स 1 और 2 देखें।
2. टेस्ट धारा में ऑप्टिकल फाइबर स्थापित करें
- लंबे गिलास पक्ष प्लेटों में से एक को हटाने के द्वारा ओपन परीक्षा अनुभाग।
- ड्रिल 1 मिमी व्यास छेदओर दीवारों तार एंकर (छवि। 3) के ढक्कन के नीचे 3 मिमी में।
नोट: लंगर स्टील के तार कि सेंसर समर्थन पकड़ो। लंगर पिच के साथ परीक्षण खंड आकार और प्रवाह से उम्मीद की गतिशील लोड हो रहा अनुसार अलग किया जा सकता है। 20 मिमी यहां इस्तेमाल पिच 1 मीटर / सेकंड के निकट प्रवाह में कम से कम कंपन के साथ स्थिर साबित कर दिया। कंपन भ्रष्ट डीटीएस संकेतों और लंबे समय तक सेंसर 15,16 के साथ और अधिक समस्याग्रस्त है। - स्ट्रिंग टैंक के प्रत्येक के अंत में एक पीतल लंगर के लिए इसे बांधने से परीक्षण खंड भर में एक 127 मीटर व्यास स्टील के तार खंड। दोहराएँ जब तक वहाँ 47 तार खंडों टैंक भर में अनुभूत की कुल रहे हैं।
- रिज़र्व के साथ संचार / बिजली कैंची का उपयोग splicing कनेक्टर और समाप्ति फाइबर में सेवन किया जा करने के लिए ऑप्टिकल फाइबर की 50 मीटर कट (संभावना <0.5 मी, लेकिन splicing में प्रवीणता पर निर्भर)। व्यास में 50 मिमी के एक छोटे से स्पूल पर इस फाइबर लीजिए, ~।
- क्षेत्र के एक किनारे तापमान बुद्धि को मापने के लिए चुना पर पहले सेंसर खंड निर्धारित करनाज सेंसर सरणी।
नोट: पहला खंड स्थिति में तय हो जाने के बाद, फाइबर, एक बगल खंड के लिए looped किया जाएगा स्थिति में तय है, और अधिक फाइबर एक दोहराव प्रक्रिया है कि सरणी बनाता है जब तक सभी फाइबर का इस्तेमाल किया जाता है में अगले खंड के लिए तिरस्कृत। - ऊपर और बगल के तारों के नीचे फाइबर बुनाई, जरूरत के रूप में स्पूल से अन्य, वितरण फाइबर के लिए टैंक के एक तरफ से काम कर रहा है।
नोट: जैसा कि चित्र में दिखाया गया है फाइबर तार को सीधा है। बुनाई एक दिशा और दूसरे में प्रवाह में गुरुत्वाकर्षण के बल के खिलाफ यह समर्थन के साथ 3। - पारंपरिक स्पष्ट टेप या Polyimide फिल्म टेप के साथ ढकने के लिए पहली फाइबर खंड के प्रत्येक के अंत संलग्न। सरणी के पहले खंड में अब जगह में है।
नोट: एक गिटार स्ट्रिंग की तरह तना हुआ सेंसर ठीक नहीं है, बल्कि पर्याप्त तना हुआ सीधे हो और दृश्य सुस्त लेने के लिए। सेंसर tensioned है तो समर्थन में, छोटे विकृतियों, जैसे, थर्मल expanढक्कन के सायन, इस तनाव को बदलने और विषम संकेत ऑफसेट और माप त्रुटियों उत्पन्न होगा। - लूप फाइबर 180 डिग्री इसे वापस अगले खंड के लिए के रूप में छवि में दिखाया लौटने के लिए। 4 और पहले खंड से 10 मिमी की दूरी पर ढकने के लिए यह टेप।
नोट: पाश व्यास कम से कम, क्योंकि यह है "बर्बाद फाइबर" (सरणी का हिस्सा नहीं), लेकिन यह सहनीय तनावों के लिए मोटे तौर पर 30 मिमी या उससे अधिक होना चाहिए। यहां इस्तेमाल किया फाइबर सहन किया है 30 मिमी व्यास कोई ध्यान संकेत हानि के साथ कई महीनों के लिए छोरों, लेकिन सीमा फाइबर प्रकार के साथ अलग अलग होंगे। यहां इस्तेमाल किया फाइबर के लिए, निर्माता "अल्पकालिक" मोड़ त्रिज्या के रूप में ≥ 10 मिमी और 17 मिमी ≥ 'के रूप में लंबे समय तक "सीमा-सीमा का उल्लेख है। - फिर टैंक और स्थिति में टेप के विपरीत दिशा की ओर तारों के बीच फाइबर बुनाई। पाशन टेप, और बुनाई प्रक्रिया को दोहराएं जब तक सभी फाइबर का इस्तेमाल किया जाता है।
3. ब्याह कनेक्टर और Terminaफाइबर के लिए tion
- फाइबर एक संलयन splicer निर्माता निर्देश 17 निम्न का उपयोग कर के एक छोर से एक नियंत्रण रेखा-प्रकार एकल मोड कनेक्टर ब्याह।
- कट बिजली मिस्त्री / संचार कैंची से ~ 0.25 मीटर समाप्ति फाइबर और, फिर से एक संलयन splicer निर्माता निर्देशों का पालन के साथ फाइबर के दूसरे छोर से ब्याह।
नोट: इस विधानसभा (फाइबर, कनेक्टर, और समाप्ति) अब एक "सेंसर" के रूप में करने के लिए भेजा जाएगा। समापन फाइबर यह प्रश्नकर्ता की ओर लौटने से रोकने के लिए लेजर पल्स से अवशिष्ट संकेत disperses।
4. सेंसर विन्यास
- प्रश्नकर्ता पोर्ट में सेंसर की नियंत्रण रेखा-प्रकार कनेक्टर अंत प्लग और विन्यास सॉफ्टवेयर शुरू करते हैं।
- "अधिग्रहण" (तापमान के आंकड़ों से अलग), जब स्कैन पूरा हो गया है जो स्वचालित रूप से प्रदर्शित किया जाता है का चयन करके सेंसर आयाम डेटा उत्पन्न करता है।
नोट: अच्छा splices के साथ एक सेंसर जीन का पता लगाने के लिए होगाRAL विशेषताओं छवि में दिखाया गया। 5। एक गरीब ब्याह एक अस्पष्ट शोर मंजिल या प्रमुख प्रतिबिंब जहां कनेक्टर की उम्मीद है ने संकेत दिया जा सकता है। एक गरीब ब्याह संदिग्ध है, तो चरण 3 और splicing प्रक्रिया को दोहराने के लिए वापसी। - पीले कर्सर सेंसर की शुरुआत और अंत करने के लिए लाल कर्सर को स्क्रीन पर दिखाया खींचकर सेंसर के सक्रिय भाग का चयन करें।
- सेंसर एक नाम दे दो और "सेंसर फाइलों को बचाने" का चयन करें।
नोट: सेंसर अब विन्यस्त और प्रयोग के लिए तैयार है। - विन्यास सॉफ्टवेयर बंद करो और माप सॉफ्टवेयर के लिए स्विच।
टेस्ट अनुभाग के भीतर 5. मानचित्र सेंसर स्थान
- प्रश्नकर्ता माप सॉफ्टवेयर शुरू और सेंसर सिर्फ विन्यस्त किया लोड।
- एक चर ट्रांसफार्मर ~ 40% करने के लिए सेट करने के लिए एक टांका लोहे कनेक्ट, 5-10 मिनट के लिए preheating।
ध्यान दें: टांका लगाने का मानचित्रण के लिए स्थानीय तापमान spikes उत्पन्न करता है। एक टांका लोहे सकता हूँफाइबर कोटिंग elt और बर्बाद सेंसर तो एक कम ट्रांसफार्मर की स्थापना के साथ शुरू करते हैं, स्पष्ट spikes प्राप्त करने के लिए अभी पर्याप्त शक्ति का उपयोग। एक 10-20 डिग्री सेल्सियस कील इस प्रक्रिया के लिए काफ़ी है। - स्क्रीन पर लाइव डेटा साजिश करने के लिए प्रश्नकर्ता के सॉफ्टवेयर में "उपाय" का चयन करें।
- बाहर ज़ूम स्क्रीन पर पूरे सेंसर प्रदर्शित करने के लिए।
- सेंसर के पास टांका लोहे पकड़ो और संक्षेप वेंट जहां यह ढक्कन (अंजीर। 4) से मिलता है, से पहले मानचित्रण बिंदु पर यह स्पर्श यहाँ खंड दूर।
- तापमान चोटी के रिकार्ड स्थिति के रूप में परीक्षा अनुभाग के भीतर इसी भौतिक स्थान के साथ सॉफ्टवेयर द्वारा संकेत दिया।
- 5.5-5.6 दोहराएँ सभी 49 खंडों के अंत अंक नक्शा करने के लिए।
6. सेंसर आधारभूत: पूर्ण तापमान के लिए लिंक
- स्थिति एक या अधिक तापमान मानकों, जैसे, टीसी या प्रतिरोध तापमान डिटेक्टर (सेवानिवृत्त), डीटीएस के पास मानक पूर्ण ते डीटीएस रीडिंग जोड़ने के रूप में सेवा करने के लिएmperature।
- लंबे गिलास पक्ष की थाली कि 2.1 चरण में हटा दिया गया था जगह से टंकी को बंद करें।
- कंबल या पारंपरिक इन्सुलेशन पैनलों में लपेटकर द्वारा टैंक बचाने और इसे रात भर बैठने के लिए एक इज़ोटेर्माल वातावरण स्थापित करने के लिए अनुमति देते हैं।
- प्रश्नकर्ता सॉफ्टवेयर शुरू करें, "आधारभूत" (या "बारदाना"), और साथ ही साथ नोट / रिकॉर्ड टीसी (या सेवानिवृत्त) पढ़ना। जब सॉफ्टवेयर आधारभूत के साथ समाप्त हो गया है, का चयन करें "उपाय" आधारभूत की गुणवत्ता की जांच करने के लिए जीना डेटा साजिश करने के लिए।
नोट: यह महत्वपूर्ण कदम डीटीएस आधारभूत स्थापित करता है और संकेत अब संकेत देना चाहिए शून्य है, यानी, ΔT (x) = 0 ± एक डिग्री का एक अंश। अब से, टैंक तापमान संदर्भ तापमान से diverges के रूप में संकेत भिन्न होगी: ΔT (x) = टी (x) एबीएस - टी आधार है, जहां टी (x) एबीएस फाइबर और टी आधार के साथ पूर्ण तापमान है आधारभूत है तापमान 6,18। यदि परीक्षण धाराn nonisothermal है, टी आधार स्थिति के एक समारोह में, यानी, टी आधार (x) हो जाएगा, और जब तक टी आधार (x) एक से अधिक टीसी या सेवानिवृत्त (चर्चा अनुभाग देखें) के साथ मैप किया गया है सटीकता समझौता हो जाएगा। हिलना मत या सेंसर स्पर्श तक 7 कदम पूरा हो गया है। किसी भी तरह से यह तनाव ऑफसेट कि माप सटीकता नीचा हो सकता है शुरू कर सकते हैं। - लाइव संकेत है, जो शून्य से दूर बहाव नहीं चाहिए जांच करते हैं। अगर बहाव आवेदन के लिए जरूरत से ज्यादा है, थर्मल संतुलन तक पहुँचने और / या इन्सुलेशन सुधार करने के लिए परीक्षण खंड के लिए और अधिक समय की अनुमति (नीचे नोट देखें) और फिर कदम 6.4 दोहराने (मोटे तौर पर हमारी सीमा 0.5 डिग्री सेल्सियस ~ मिनट के बाद 5) है।
नोट: सिग्नल गुणवत्ता हमेशा आधारभूत के तुरंत बाद सबसे अच्छा है और परीक्षण खंड के भीतर तापमान वितरण के आधार पर समय के साथ बहाव जाएगा। आधार अस्तर से पहले अच्छा इन्सुलेशन और लंबी प्रतीक्षा अवधि के बहाव और माप त्रुटि कम हो जाएगा। बड़ा, तेजी से संकेत मिलता है drifts परीक्षण खंड नहीं हैइज़ोटेर्माल है, जो अंततः गलत माप को बढ़ावा मिलेगा। - प्रश्नकर्ता के सॉफ्टवेयर में प्रवेश समारोह का चयन करें और एक ही स्थिर, इज़ोटेर्माल शर्तों सिर्फ आधारभूत उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है के लिए डीटीएस डेटा की 10-100 स्कैन रिकॉर्ड है। यह भी रिकार्ड टीसी / सेवानिवृत्त पढ़ने।
नोट: यह ऑफसेट की posttest चेक कि प्रवाह या परीक्षण खंड या समर्थन की अप्रत्याशित विरूपण से तनाव से उत्पन्न किया जा सकता है के लिए आरक्षित डेटा है।
7. रन परीक्षण
- कंप्रेसर को चालू हवा का प्रवाह पैदा करते हैं और 1.25 किलो / सेकंड प्रत्येक चैनल के लिए कम से प्रवाह की दर मैच के लिए प्रवाह नियंत्रकों को समायोजित करने के लिए।
नोट: औसत इनलेट वेग 1.1 मीटर / सेकंड और रेनॉल्ड्स संख्या 10,000 है। - पश्चिम विमान है, जो परिवेश के तापमान पर है ऊपर पूर्व जेट 20 डिग्री सेल्सियस गर्म करने के लिए 600 W करने के लिए हीटर बिजली सेट करें।
- प्रणाली संतुलन तक पहुँचने के लिए रात में चलाने की अनुमति दें।
- अगले दिन शोर के स्तर का आकलन करने के लिए लाइव डीटीएस संकेत जांच करते हैं। सेंसर "पण एल का चयन करेंength "सॉफ्टवेयर में स्वीकार्य शोर का स्तर (एक 30 मिमी पण यहां इस्तेमाल किया जाता है) प्राप्त करने के लिए।
नोट: पण लंबाई स्थानिक संकल्प संवेदक से मेल खाती है। सामान्य तौर पर, पण लंबाई कम हो जाती है के रूप में और प्रवाह प्रेरित कंपन बढ़ जाती है (उपयोगकर्ता गाइड और संदर्भ 13 और 14 देखें) के रूप में शोर बढ़ जाती है का संकेत। - 4 हर्ट्ज पर लॉग ऑन करें 2,000 डीटीएस स्कैन।
- हीटर बिजली और हवा का प्रवाह बंद कर दें। टैंक रात भर बैठने के संतुलन तक पहुँचने और रिकॉर्ड 10-100 डीटीएस स्कैन पूर्व परीक्षण के आंकड़ों posttest के लिए बचाया सेट पूरक करने के लिए ऑफसेट जांच के लिए करते हैं।
8. डेटा विश्लेषण
- प्रश्नकर्ता के सॉफ्टवेयर की मुख्य विंडो में पोस्ट प्रोसेसिंग सुविधा का चयन करें और परीक्षण डाटा, जो एक मालिकाना बाइनरी फार्मेट में है आयात करते हैं।
- कि पारंपरिक स्प्रेडशीट प्रोग्राम द्वारा पढ़ा जा सकता है एक सादा पाठ फ़ाइल के रूप में डेटा निर्यात करें।
नोट: - टी आधार इस डेटा फाइबर जहां ΔT (x) = टी (x) एबीएस साथ मापा ΔT प्रतिनिधित्व करता है। यह करने के लिए कोई संदर्भ शामिलपरीक्षण खंड में स्थिति (छवि। 6 देखें)। अतिरिक्त विवरण प्रश्नकर्ता उपयोगकर्ता के गाइड और संदर्भ 6 और इस कदम के लिए और अगले 16 में उपलब्ध हैं। - एक पारंपरिक स्प्रेडशीट में आयात पाठ डेटा और, टी आधारभूत, कदम 6.4 में से टीसी या सेवानिवृत्त मापा जोड़ने सभी आंकड़ों के द्वारा पूर्ण तापमान कन्वर्ट करने के लिए।
नोट: टी (x) एबीएस = ΔT (x) + टी आधारभूत बाद से हम निर्धारित किया है कि परीक्षण खंड आधारभूत दौरान इज़ोटेर्माल था: रूपांतरण पूर्ण तापमान के लिए बस एक एकल मूल्य ऑफसेट सुधार है। - उपयोग स्प्रेडशीट सॉफ्टवेयर या इसी तरह के आंकड़ों में गड़बड़ी कार्यक्रम टी (एक्स) के आंकड़ों विघटित और आंकड़े 7 और 8 में दिखाया गया है कि जैसे परीक्षा अनुभाग के भीतर शारीरिक पदों के लिए यह नक्शा करने के लिए।
नोट: कार्यक्रम डेटा चरण 5 में टांका लोहे के साथ एकत्र उपयोग करेंगे।
Representative Results
कच्चे डीटीएस डेटा छवि में साजिश रची है। 6 आधारभूत तापमान (लगभग 20 डिग्री सेल्सियस) सेंसर के साथ दूरी बनाम से मापा ΔT दिखा। डेटा "कच्चे" भावना है कि यह पूर्ण तापमान के लिए परिवर्तित किया है और न ही परीक्षा अनुभाग के भीतर शारीरिक पदों के लिए मैप किया गया न में है। डेटा एक 30 मिमी पण लंबाई, जो 50 मीटर से भरा सेंसर लंबाई से अधिक 1,666 स्वतंत्र मापन प्रदान करता है पर आधारित है। 30 मिमी पण एक oversampling विधा है कि 5000 के लिए डेटा बिंदुओं की संख्या बढ़ जाती है में 10 मिमी अंतराल पर लागू किया गया था। इस तरह के डेटा घनत्व टीसीएस के रूप में पारंपरिक सेंसर के साथ साध्य नहीं है।
एक्स = 0 छवि में पर। 6 सेंसर टैंक के पूर्वी छोर पर है, और एक्स के रूप में बढ़ जाती है यह आगे और पीछे पश्चिमी छोर की ओर छोरों। चोटियों होते हैं, जहां सेंसर गर्म पूर्व जेट के ऊपर से गुजरता है और फिर फीका जहां यह ठंड पश्चिम जेई खत्म हो गया हैटी। भूखंड दिखाता है कि कैसे एक भी डीटीएस से कच्चे संकेत नहीं बल्कि एक व्यापक क्षेत्र पर तापमान की एक बुनियादी चित्रण प्रदान कर सकते हैं। फाइबर, जो प्रवाह प्रेरित कंपन की वजह से है के पश्चिमी छोर की ओर संकेत शोर ध्यान दें। हालांकि कंपन नग्न आंखों को दिखाई नहीं था, यह संकेत नीचा करने के लिए पर्याप्त था और हम लंबे समय सेंसर (> 10 मीटर) के साथ सबसे अधिक बार इस समस्या को देखते हैं।
कच्चे डेटा छवि में परीक्षण खंड पर मैप किया जाता है। 7, जो 0.5 x 0.8 मीटर माप विमान डीटीएस सरणी द्वारा गठित भर में तापमान से पता चलता है। देखने की बात टैंक ढक्कन पर नीचे देख रहे हैं ऊपर से है। हेक्सागोनल चैनलों की रूपरेखा एक अभिविन्यास सहायता के रूप में शामिल किए गए हैं। समोच्च 4067 डेटा बिंदुओं के आधार पर बाद ढक्कन के नीचे टेप छोरों बाहर रखा गया है है। आसन्न सेंसर क्षेत्रों के बीच रैखिक प्रक्षेप 2 डी समोच्च बनाने के लिए इस्तेमाल किया गया था।
गुई समोच्च पूर्व जेट पर एक गर्म क्षेत्र के साथ ढक्कन के नीचे थर्मल पैटर्न का स्पष्ट अर्थ प्रदान करता है, लेकिन इसके चारों ओर केंद्रित नहीं। भी स्पष्ट टैंक midplane, जो भूखंड पर y = 0 के आसपास किसी न किसी समरूपता है। तापमान डेटा के इस तरह के तरल गतिकी थर्मल मिश्रण और गर्मी हस्तांतरण शामिल अध्ययन में वेग डेटा के लिए एक उपयोगी तारीफ है। कठोर कोड सत्यापन दोनों तापमान और वेग क्षेत्रों के लिए इस तरह के उच्च संकल्प डेटा की आवश्यकता है।
एक ही संवेदक डेटा तापमान के उतार चढ़ाव की भयावहता को प्रकट करने के लिए कार्रवाई की जा सकती। आरएमएस (रूट वर्ग मतलब है) 2,000 स्कैन डेटा सेट के 8 चित्रा में साजिश रची है। मैजेंटा क्षेत्र है जहां तापमान के उतार चढ़ाव अपेक्षाकृत अधिक हैं निशान। यह भी उच्च अशांति का एक क्षेत्र है, जहां दो की बढ़ती जेट ढक्कन पर टकराना के रूप में बातचीत है। आरएमएस डेटा थर्मल मिश्रण के संदर्भ में अशांति मॉडलिंग के लिए उपयोगी है।
चित्रा 1. प्रश्नकर्ता योजनाबद्ध। तापमान मापन के लिए ऑप्टिकल सेंसर वितरित प्रश्नकर्ता के सिद्धांत घटकों। प्रणाली बह तरंगदैर्ध्य इंटरफेरोमेट्री, जो सेंसर के रेले backscatter हस्ताक्षर की विशेषता पर आधारित है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 2. परीक्षण खंड जेट एयर मिश्रण प्रयोग:। हवा शीर्ष वेंट के माध्यम से बाहर निकलने से पहले दो हेक्सागोनल नलिकाएं और घोला जा सकता है के माध्यम से आधार के माध्यम से टैंक में प्रवेश करती है। ढक्कन खिड़की को कवर काली स्क्रीन डीटीएस (दिखाई नहीं) ऊपर 3 मिमी है। Plयह आंकड़ा कम करने का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 3. डीटीएस बढ़ते विन्यास। टंकी की लंबी अक्ष भर में अनुभूत स्टील समर्थन तारों के बीच बुना डीटीएस दिखा टैंक के शीर्ष दृश्य। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 4. डीटीएस बंद हुआ। बंद हुआ ऊपर की ओर ढक्कन पर टैंक सेंसर छोरों, लगाव, और पहले परीक्षण बिंदु के स्थान पर प्रकाश डाला करने के लिए अंदर से टांका लोहे के साथ मैप किया जा करने के दृश्य के साथ डीटीएस की तस्वीर। एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें इस फाई कीgure।
चित्रा 5. रेले बिखरने संकेत। ठेठ रेले बिखरने संकेत सेंसर विन्यास उपयोगिता (लघु सेंसर यहाँ स्पष्टता के लिए दिखाया गया है) के साथ दर्ज की गई। उचित समाप्ति शोर मंजिल को तेज संकेत ड्रॉप उत्पन्न होगा। मामूली संकेत कदम और कनेक्टर में मामूली प्रतिबिंब एक ठीक से spliced कनेक्टर की विशेषता है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 6 कच्चे डीटीएस डेटा। एक एकल 25 डिग्री सेल्सियस पर 45 डिग्री सेल्सियस पर गर्म पूर्व विमान के साथ कच्चे डीटीएस डेटा का स्कैन और ठंड पश्चिम जेट चोटियों होते हैं, जहां सेंसर सीधे है गर्म जेट ऊपर। याद है कि सेंसर के आगे और पीछे टैंक दीवारों के बीच पाशन है। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
चित्रा 7. मापा नीचे ढक्कन। हवा का तापमान टैंक के भीतर पूर्ण तापमान में बदला और शारीरिक स्थिति के लिए मैप कच्चे डेटा डीटीएस। डेटा 2,000 स्कैन 4 हर्ट्ज पर लॉग ऑन पर आधारित है। डेटा रिक्ति 4067 साजिश रची डेटा बिंदुओं की कुल के लिए 10 मिमी। रैखिक प्रक्षेप सेंसर क्षेत्रों के बीच के क्षेत्रों को भरने के लिए इस्तेमाल किया। Hexagons inlets के पदों पर दिखा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
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8 चित्रा रूट मापा तापमान के वर्ग (आरएमएस) मतलब है। छवि में साजिश रची डेटा की आरएमएस। 7। मैजेंटा उच्च तापमान के उतार चढ़ाव और गर्म और ठंडे जेट विमानों के थर्मल मिश्रण इंगित करता है। Hexagons inlets के पदों पर दिखा। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।
तालिका 1 में चयनित फाइबर प्रकार और पार प्रवाह में आवास विन्यास के लिए परिमाण थर्मल प्रतिक्रिया समय के क्रम 1 मीटर / सेकंड और 20 डिग्री सेल्सियस पर।
तालिका 2 लगभग ऑपरेटिंग तापमान सीमा और चयनित कोटिंग विन्यास के लिए नमी संवेदनशीलता।
Discussion
हम एक तरल गतिकी प्रयोग में एक डीटीएस के उपयोग का प्रदर्शन किया है। इन सेंसरों का मुख्य लाभ यह माप बताते हैं कि एक भी संवेदक से प्राप्त किया जा सकता की बड़ी संख्या है। यहां इस्तेमाल डीटीएस, एक 0.5 x 0.8 मीटर विमान भर में 4,067 अंक पर डेटा उत्पन्न अब तक इस तरह के thermocouples के रूप में पारंपरिक बिंदु सेंसर का साध्य सीमाओं से परे। इस तरह के डेटा घनत्व ऐसी लेजर प्रेरित प्रतिदीप्ति (LIF) के रूप में ऑप्टिकल तकनीक से पार किया जा सकता है, एक डीटीएस अपारदर्शी तरल पदार्थ और अनुप्रयोगों है कि ऑप्टिकल उपयोग की कमी में कार्य करेंगे। एक डीटीएस के उच्च घनत्व डेटा कम्प्यूटेशनल फ्लूड डायनामिक्स कोड सत्यापन में शामिल प्रयोगों के लिए उपयुक्त है।
Baselining प्रोटोकॉल में महत्वपूर्ण कदम और माप सटीकता का निर्धारण करने में महत्वपूर्ण है। एक इज़ोटेर्माल परीक्षण खंड सुनिश्चित करने के लिए जब baselined पूरे डीटीएस एक तापमान पर है आवश्यक है। यदि यह संभव नहीं है, टी आधार टी आधार (x) है, जो MAPP होना चाहिए हो जाता हैडीटीएस के बहुत पास में रखा कई टीसीएस द्वारा एड। हालांकि आधारभूत गुणवत्ता इस फैशन में सुधार किया जा सकता है, यह पूर्ण तापमान के लिए रूपांतरण के लिए मानकों को डीटीएस आधारभूत मानचित्रण की प्रक्रिया पेचीदा हो।
हमेशा आधारभूत के बाद तनाव के स्रोतों की तलाश में है, जो अप्रत्याशित संकेत पारियों लागू कर सकते हैं पर हो सकता है। इस तरह के स्रोतों कर रहे हैं, उदाहरण के लिए, परीक्षण खंड थर्मल विस्तार है कि सेंसर फैला है, समर्थन के आंदोलन, गतिशील लोड हो रहा है उच्च प्रवाह दरों से, या प्रवाह प्रेरित कंपन। इज़ोटेर्माल की शर्तों के तहत पूर्व और posttest माप इस तरह की समस्याओं की पहचान में मदद मिलेगी।
तनाव संवेदनशीलता इस रेले बिखरने आधारित डीटीएस की मुख्य कमी है। thermocouples की तरह पारंपरिक सेंसर के विपरीत, यह करने के लिए हैंडलिंग, आर्द्रता, और कंपन के प्रति संवेदनशील है। इन मुद्दों पर नंगे सेंसर विन्यास यहां प्रदर्शन के लिए सबसे अधिक प्रासंगिक है, लेकिन अब तक कम केशिकाओं में रखे सेंसरों के लिए महत्वपूर्ण हैं।
पारंपरिक सेंसर के विपरीत, एक डीटीएस कागजी कार्रवाई ऐसे NIST (मानक और राष्ट्रीय प्रौद्योगिकी संस्थान) के रूप में एक मान्यता प्राप्त अंशांकन मानक के लिए यह ट्रेसिंग के साथ की खरीद नहीं की जा सकती। में सीटू calibrations आवश्यक हो, एक इज़ोटेर्माल परीक्षण खंड है, जो कुछ में मुश्किल हो सकता है के साथ बेहतर कर रहे हैं अनुप्रयोगों। कंपन एक बड़ी परीक्षा अनुभाग भर में अनुभूत नंगे फाइबर के लिए विशेष चिंता का विषय है। हम एक खड़ी उन्मुख सरणी है कि 1.7 मीटर की लंबाई खंड पर टैंक की लंबी अक्ष तक फैला के साथ मिश्रित सफलता मिली है। 28 मीटर फाइबर की और 16 खंडों के साथ एक विन्यास एक अध्ययन में 18 के दौरान अच्छा प्रदर्शन किया, लेकिन यह 53 मीटर 29 के साथ क्षेत्रों के लिए विस्तार करने के लिए 16 साल का था असफल प्रयास करता है।
सामान्य तौर पर, संकेत किसी भी सेंसर की लंबाई और विन्यास के लिए शोर पण लंबाई जिस पर प्रश्नकर्ता सॉफ्टवेयर रेले संकेत पारी की गणना करता है बढ़ाने के द्वारा कम किया जा सकता है, लेकिन यह प्रभावी स्थानिक संकल्प कम कर देता है। प्रत्येक आवेदनtion संकेत शोर और स्थानिक संकल्प के बीच अपने आप ही संतुलन कायम करना चाहिए। फिर, इस तरह की कठिनाइयों को काफी हद तक बढ़ाया थर्मल प्रतिक्रिया समय की कीमत पर एक केशिका में सेंसर आवास से बचा जा सकता है।
यह अपेक्षाकृत नया तापमान माप प्रौद्योगिकी के विकास की आवश्यकता है कंपन करने के लिए संवेदनशीलता को कम करने के लिए। इस काम के बहुत जरूरी प्रश्नकर्ता के हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर शामिल होगी। सेंसर खुद भी हैंडलिंग और आर्द्रता में परिवर्तन, जो फाइबर कोटिंग्स से प्रभावित हैं करने के लिए संवेदनशीलता को कम करने के लिए सुधार किया जा सकता है। काम polyimide और वर्तमान में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध acrylate लेपित फाइबर से बेहतर कोटिंग्स के विकास पर ध्यान केंद्रित कर सकता।
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Sensor interrogator | Luna Inc. | ODiSI-A and -B | The two systems differ primarily in speed and spatial resolution |
| Fusion splicer | Fujikura | 70S | |
| Cleaver | Fujikura | CT-3A | |
| 3-hole jacket stripper | Fiber Instrument Sales | F11301T | |
| Optical fibers | OFS, Specialty Photonics Division | BF06160-02 | Polyimide coating |
| Optical fibers | Newport Corp. | F-SM1500-4.2/50 | Acrylate coating |
| Connector | AFL Global | FUSE-LC-9U-SMA-6 | |
| Termination fiber | OFS, Specialty Photonics Division | 552 HPWR 040 |
References
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