Yüksek çözünürlüklü Sıcaklık Alan Haritalama için Fiber Optik Sensörler Dağıtılmış

Summary

Bu hava jetleri karıştırma sıcaklık alanını eşleştirmek için bir fiber optik sensör dağıtılmış kullanımını göstermektedir. Rayleigh saçılması tabanlı sensör gibi termokupllar gibi geleneksel sensörleri ile ulaşılamaz istisnai uzaysal çözünürlüğü sağlamak için tek bir fiber boyunca veri noktaları binlerce üretir.

Abstract

hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kodları güvenilirliği deneysel verilerle simülasyonlar karşılaştırılarak kontrol edilir. Tipik bir veri seti hız ve sıcaklık okumaları esas, hem de ideal titiz kodu doğrulama kolaylaştırmak için yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe sahip oluşur. yüksek çözünürlüklü hızı verileri, kolaylıkla bu parçacık görüntülemeli hız optik ölçme teknikleri ile elde edilirken, içindeki çözünürlüğü sıcaklık verilerini elde etmek zor olduğu kanıtlanmıştır. Böyle termokupllar gibi geleneksel sensörler bu rolü doldurmak değil, ancak Rayleigh saçılması ve süpürüldü dalga interferometriye dayalı dağıtık algılama son gelişmeler CFD kodu doğrulama çalışmaları için uygun çözünürlük sunuyor. sıcaklık ölçümleri Binlerce Hertz yüzlerce tek bir ince fiber optik boyunca oluşturulabilir. Sensörler büyük sıcaklık aralıklarında ve optik teknikler uygun olan opak sıvıların içinde çalışır. Ancak bu tip bir sensörgerilme ve nem gibi sıcaklığa karşı hassastır ve bu yüzden doğru, taşıma titreşim ve bağıl nem kaymalar etkilenir. Böyle bir davranış oldukça geleneksel sensörler benzemez ve bu yüzden sıradışı kurulum ve çalıştırma prosedürleri doğru ölçüm sağlamak için gereklidir. Bu çalışma, 25 ve 45 ° C 'de iki hava jeti ile ilgili bir ısı karıştırma deneyinde bir Rayleigh saçılması tipi dağıtılmış sıcaklık sensörü uygulanmasını göstermektedir. Biz sensör için fiber optik seçiminde rehberlik ve bir jet karıştırma deney için kurulum ayarları tanımlamak için kriterleri sunuyoruz. Biz titreşim kaynaklı akış nedeniyle hata olarak mutlak sıcaklık standardına okumaları bağlayan sensör baselining, göstermek ve pratik konuları görüşmek. Bu malzeme akışkan dinamiği deneyler ve benzer uygulamalar için yüksek veri yoğunluğu ve bant genişliği olan sıcaklık ölçümleri ilgilenenler yardımcı olabilir. Biz estetik bilimi için bu sensörler belirli tuzaklar vurgulamakDeney tasarımı ve operasyonda yon.

Introduction

Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) kodları kan akışını arteriyel aşağı uçaklar ve otomobiller etrafında hava akımı gelen sıvı sistemleri geniş bir yelpazede simüle etmek için kullanılır. Bu tür simülasyonlar kapsamı ve sadakat işlem gücü durumu ile büyüdü. Ancak, gelişmiş simülasyon gelişmişliği rağmen, bunların doğruluğu ve güvenilirliği genellikle ölçmek zordur. Uygulamada, CFD kodları doğruluğu süreci olarak adlandırılan kod doğrulama deneysel verilerle simülasyonlar karşılaştırılarak değerlendirilir.

Tipik bir deneysel veri seti, titiz kodu doğrulama kolaylaştırmak için ideal yüksek uzaysal ve zamansal çözünürlüğe hem hız ve sıcaklık ölçümlerinin esas oluşur. Hız alanları parçacık görüntüleyerek hız ölçümü (PIV), iyi kurulmuş bir optik teknik ^1,2 kullanarak yüksek çözünürlükte eşlenebilir. Bunun aksine, PIV karşılaştırılabilir çözünürlük sıcaklık alanları harita zordur. OpticaLazer indüklemeli fluoresans olarak l teknikleri ^3,4 mevcuttur, ancak kameralar ve nispeten yüksek güçlü lazerler gerektirir ve opak akışkanlar için uygun değildir.

Bir alternatif Rayleigh saçılımı dayalı ve süpürüldü dalgaboyu enterforemetre (SWI) ^5-7 dağıtılmış sıcaklık algılama nispeten yeni tekniği kullanılabilir. Sıcaklık ölçümlerinin binlerce tek bir optik fiber boyunca elde edilebilir. Bir dağıtılmış sıcaklık sensörü (DTS) görüntü tabanlı teknikler ⁸ için uygun olmayan ortamlarda büyük akış alanları ve fonksiyon yayılabilir. Orada Raman ve Brillouin ^9,10 saçılma dayalı PTS'ler, ama sensörler Rayleigh saçılımı dayalı da ve SWI tipik akışkan dinamiği deneyler için mekansal ve zamansal çözünürlük daha uygun sağlamak.

Gerçi bu tür Rayleigh scatte dayalı termokupl (TC), sensörler kadar geleneksel sensörleri ötesinde PTS'ler teklif veri yoğunluğuhalka cevap sıcaklığı ¹¹ gibi zorlanma. Fiber kaplama higroskopik ise nem ^12,13 değişiklikleri için, sensörler de yanıt verir. Kusma, altta yatan cam elyafı suşları ve sinyal değiştirir ki, bu ¹⁴ küçülür ise su buharı emilimi kaplama şişer. Bunun bir sonucu olarak, doğru, taşıma titreşim ve bağıl nem kaymalar etkilenir. Bu oldukça geleneksel sensörlerin aksine ve çok sıradışı kurulum ve ölçüm yöntemleri doğru veri elde etmek için dikkat edilmelidir. Bu yazıda doğruluğunu sağlamak için bir protokol ve yönergeler sunan bir termal karıştırma deneyde bir DTS kullanımını gösterir.

Burada kullanılan DTS fiber optik dalga kılavuzu içinde tespit ve Rayleigh saçılması analizine dayanmaktadır. elyaf çekirdeği boyunca yabancı maddeler ve yapısal varyasyonların rastgele dağılımı elyaf ve genel olarak yatay özgü bir geri saçılma desen meydana getirir. spektrum ve genlikBu modelin bir lif imzanız olarak okunabilir. Sıcaklık vardiya veya zorlanma gibi fiziksel değişiklikler tekrarlanabilir bir şekilde imza değiştirir ve imza varyasyonları tespit bir sensör olarak fiber kullanarak temelidir.

Şekil 1 optoelektronik algılama cihazının ana bileşenleri, bir optik sensör dağıtılmış sorgulayıcı denilen ve sadece "sorgulayıcı" olarak burada ifade göstermektedir. Süpürüldü dalga boyu interferometre olarak bilinen bir yöntem olarak, bir düşük güç ayarlanabilir lazer ^5-7 geri saçılma bileşkesini kayıt amacıyla fibere dar bantlı bir sinyal başlatır. Lazer birkaç nanometre aralıklarla süpüren ve sinyal referans ve ölçüm bacaklarının arasına bölünmüş. Sensörün saçılan ışık detektörleri parazit sinyalleri üretmek için bir referans sinyali ile birleştirilir. Dedektör çıkışı sayısallaştırılmış ve Rayleigh saçılması sinyalini almak için analiz olduğunu. Rayledalga boyu sensörü sıcaklık (zorlanma veya nem) değişiklikler sensör kaymaların igh imzası. bu dalga boyu kaymanın büyüklüğüyle bir TC Seebeck kat benzer bir kalibrasyon faktörü lif tipi ile ilişkili fiziksel bir sabittir hassasiyeti, sensör ile ilgilidir.

Şekil 2, bu çalışmada kullanılan deney bölümü olarak hizmet Cam tankı göstermektedir. tankın arkasında kamera ölçek duygusu verir. Hava iki altıgen kanalları yoluyla girer ve bir havalandırma yoluyla çıkmadan önce karıştırır. diğer saf hava kalırken jetleri vurgulamak için, bir akış akışı yağ sisi ile ekilmiştir. Tank kapağı siyah polimer ekrana kaplı bir pencere vardır. fotoğrafın görünür olmasa da, DTS siyah ekran altında askıya alınır.

Şek 50 m uzunluğunda DTS depo kapağının altına monte edildi. 3.. Bu 155 mikron çapında poliimid kaplamalı optik fiberden moda olduve tank uç panelleri arasına gerilmiş 127 mikron çapında çelik tel üzerinde asılı. Sensör dalgalı bir tel aracılığıyla dokuma ve ileri geri tankın karşısında 49 kez düğümlenmişti. Bu 0.5 x 0.8 m uçağı kapsayan ve 10 mm aralıkla oversampled zaman 1355 4 Hz bağımsız veri noktaları ve 30 mm uzaysal çözünürlüğü, 4067 veri noktaları oluşturur. Bu tür yüksek yoğunluklu sıcaklık veri hızı verileri tamamlar ve CFD doğrulama için veri setleri değerini artırır. protokol akışkanlar dinamiği deneyde DTS kullanarak belirli kaygılar odaklanırken sensör seçimi, imalat, ve yapılandırma sürecini özetliyor.

Protocol

Başvuru için 1. Optimal Sensör Tipi

1. örnekleme hızı ve veri noktalarının sayısı arasındaki ikileme dayalı sensör uzunluğunu seçin.
   NOT: 2.5 Hz ve çözünürlük <10 mm olan uzunluğunda 50 m'ye kadar bir sorgulayıcı örnekleri sensörler diğer örnekler sensörler kadar 5 mm çözünürlük ve 100 Hz uzunluğunda 10 m iken.
2. servis sıcaklığı limitleri, zaman tepki, nem hassasiyeti ve yükleme yapılandırması (çıplak ya da kılcal) için gereksinimlerine göre tek modlu fiber optik türü seçin.
   NOT: Burada biz kullandık 155 mikron çapında poliimid kaplı tek modlu ticari telekom fiber optik.
   NOT: bizim laboratuvarda kullanılan elyafı ve yapılandırmaları örnekleri olarak Tablo 1 ve 2 Bkz.

2. Test Bölüm Fiber Optik kurun

1. Uzun cam yan plakalar birini kaldırarak açık test bölümü.
2. Uygulama, 1 mm çaplı delikleryan duvarları tel çapa (Şek. 3) için kapağın altında 3 mm.
   NOT: Çapalar sensörü destekleyen çelik tel tutun. bağlantı sahasının Test bölümü büyüklüğü ve akış beklenen dinamik yükleme uygun olarak değişebilir. Burada kullanılan 20 mm adımlı 1 m / sn yakın akışında az titreşim ile stabil olduğunu kanıtladı. Titreşim bozarsa DTS sinyal ve uzun sensörler ^15,16 ile daha da problemlidir.
3. Dize tankının her iki ucunda bir pirinç çapa onu bağlayarak test bölümünde genelinde 127 mikron çapında çelik tel segmenti. tankın üzerinde sinirli 47 tel bölümlerinin toplam vardır kadar tekrarlayın.
4. ekleme konnektörü ve sonlandırma lif tüketilmesi gereken rezerv ile iletişim / elektrikçiler makas kullanarak fiber optik 50 m Cut (büyük olasılıkla <0,5 m, ancak ekleme de yeterlilik bağlıdır). ~, Küçük bir makara üzerinde çapı 50 mm, bu fiber toplayın.
5. Sıcaklık wit ölçmek için seçilen alanın bir kenarında birinci sensör parçasını Layh sensörü dizisi.
   NOT: ilk parça pozisyonda sabitlenir sonra lif, bir bitişik segment için ilmekli pozisyonda sabitlenir ve daha fazla lif tüm fiber kullanılan kadar dizisini oluşturur tekrar eden işlemde sonraki bölüm için tevzi edilir.
6. Gerektiğinde makaradan diğer dağıtma fibere tankın bir taraftan çalışma yukarıdaki ve bitişik teller aşağıda bir örgü.
   NOT: Şekil l'de gösterildiği gibi, fiber kablo diktir. Diğer bir yönde ve akış yerçekimine karşı destek örgü 3.
7. konvansiyonel şeffaf bant veya Polyimide film bant ile kapak birinci elyaf segmentinin her bir ucunu takın. dizinin ilk bölümü yerine artık.
   NOT: Bir gitar dize gibi gergin sensörü düzeltmek etmeyin, ama yeterince yerine gergin düz olması ve görünür boşunu almak için. Sensör destek olarak, küçük yük gerilmiş durumunda, örneğin, ısı expanKapağın sion, bu gerginliği değiştirmek ve sinyal uzaklıklar ve ölçüm hataları anormal üretecektir.
8. Şek Döngü lif 180 derece sonraki bölüm için geri dönün. İlk bölüm 10 mm'lik bir mesafede kapağın 4 ve bant da.
   NOT: çevrim çapının en aza indirin çünkü o "boşa lif" (dizinin parçası değil), ama tolere edilebilir gerilmeler için yaklaşık 30 mm veya daha fazla olmalıdır. Burada kullanılan elyaf 30 mm çapında fark edilebilir bir sinyal kaybı ile birkaç ay döngüler tolere, ancak sınırlar elyaf tipine göre değişir. Burada kullanılan lif için, üretici ≥ 10 mm ve ≥ 17 mm olarak "uzun vadeli" limit olarak "kısa vadeli" bend radius sınırını belirtir.
9. Yine pozisyonda tankı ve bandın karşıt tarafına doğru telleri arasındaki bir örgü. tüm fiber kullanıldığı kadar, loop bantlama ve dokuma işlemi tekrarlayın.

3. Splice Bağlayıcı ve TerminaFiber yon

1. Üreticinin talimatlarına ¹⁷ izlenerek füzyon ek kullanarak elyaftan bir ucuna LC-tipi tek modlu konektörü splice.
2. elektrikçi / iletişim makasla ~ 0.25 m sonlandırma fiber kesmek ve üretici talimatları izleyerek bir füzyon splicer yine lif diğer ucuna splice.
   NOT: Bu takımı (lif, bağlayıcı ve sonlandırma) artık bir "sensör" olarak anılacaktır. sonlandırma fiber sorgulayıcı dönen engellemek için lazer darbesi bakiye sinyal dağılır.

4. Sensör Yapılandırma

1. sorgulayıcı portuna sensörün LC-tipi konnektör ucunu ve yapılandırma yazılımını başlatmak.
2. Tarama tamamlandığında otomatik olarak görüntülenir "acquire" (sıcaklık verileri farklı), seçerek sensör genlik verileri oluşturmak.
   NOT: genine sahip olacak iyi eklerle bir sensör için izŞek ral özellikleri. 5. Bir fakir ekleme konnektörü beklenen bir belirsiz gürültü zemin veya baskın yansıması ile belirtilebilir. fakir bir ekleme şüpheleniliyorsa, adım 3 ve yapıştırma işlemini tekrarlayın dönün.
3. sensörün başında ve sonunda kırmızı imleç ekranda gösterilen sarı imleci sürükleyerek sensörün aktif bölümünü seçin.
4. sensörü bir ad verin ve "sensör dosyaları kaydetmek" seçeneğini seçin.
   NOT: Sensör artık yapılandırılmıştır ve kullanıma hazırdır.
5. konfigürasyon yazılımını kapatın ve ölçüm yazılım geçmek.

Deney Bölüm içinde 5. Map Sensörü Konumu

1. sorgulayıcı ölçüm yazılımını başlatın ve sadece yapılandırılmış sensörü yükleyin.
2. 5-10 dakika ön ısıtma, ~% 40 olarak ayarlanmış bir değişken transformatör bir havya bağlayın.
   NOT: havya haritalama için yerel sıcaklık ani üretir. Bir havya kutu mFiber kaplama elt ve sensör çok net sivri elde etmek için yeterli gücü kullanılarak, düşük bir transformatör ayarı ile başlar berbat. A 10-20 ° C başak bu işlem için yeterlidir.
3. Ekranda canlı verileri çizmek için sorgulayıcı yazılımındaki "ölçü" seçeneğini seçin.
4. Ekranda tüm sensör görüntülemek için uzaklaştırın.
5. O kapağı (Şek. 4) karşılayan havalandırma gelen ilk haritalama noktasında burada bölüm uzağa dokunma kısaca sensöre yakın havya ve basılı tutun.
6. Test bölümünde ilgili fiziksel konumu ile birlikte yazılım tarafından belirtildiği gibi sıcaklık tepe kayıt konumunda.
7. 49 segment bitiş noktalarını eşleştirmek için 5.5-5.6 tekrarlayın.

6. Sensör Baseline: Mutlak Sıcaklık bağlantı

1. Pozisyon bir veya daha fazla sıcaklık standartları, örneğin, TC veya direnç sıcaklık dedektörü (RTD), DTS yakın mutlak te DTS okumaları bağlayan standart olarak hizmet etmekmperature.
2. Adım 2.1 çıkarıldı uzun cam yan plaka değiştirerek tankı kapatın.
3. battaniye veya geleneksel yalıtım panelleri onu sararak tankı izole ve bir izotermal bir atmosfer oluşturmak için bir gecede oturup bekleyin.
4. TC (veya RTD) okumayı kaydetmek / not aynı anda "dayanak" (ya da "dara") seçin, sorgulayıcı yazılımını başlatın ve. Yazılım başlangıca bittiğinde, select "ölçü" taban kalitesini incelemek için canlı verileri çizmek için.
   NOT: Bu kritik adım DTS taban çizgisi belirler ve sinyal şimdi sıfır, yani DT (x) 0 ± bir derece bir kısmını = belirtmelidir. Tank sıcaklığı referans sıcaklığına uzaklaşmakta olduğu andan itibaren, sinyal değişecektir: DT (x) = T (x) _abs - T (x) _abs elyaf ve T _tabanı boyunca mutlak sıcaklık T _üssü, başlangıç olduğunu sıcaklık ^6,18. Test sezaryen isen izotermal olmayan, T _taban pozisyonunun bir fonksiyonu, yani T _taban (x) olacak ve T _taban (x), birden fazla TC veya RTD (tartışma bölümüne bakınız) ile eşleştirilmiş sürece doğruluğu tehlikeye olacak. Hareket etmeyin veya adım 7 tamamlanana kadar. herhangi bir şekilde Süzme ölçüm doğruluğunu bozabilir uzaklıklar tanıtabilirsiniz sensörüne dokunun.
5. sıfırdan uzak kayması olmamalıdır canlı sinyal inceleyin. sürüklenme uygulaması için çok fazla ise, (aşağıdaki nota bakınız) termal dengeye ulaşır ve / veya izolasyon geliştirmek için deneme bölümü için daha fazla zaman tanımak ve daha sonra adım 6.4 tekrarlayın (bizim sınır kabaca 0.5 ° C min 5 ~ sonra).
   NOT: Sinyal kalitesi bazal sonra her zaman hemen en iyi ve test bölümünde sıcaklık dağılımına bağlı zamanla sürüklenir. Baz astar öncesi iyi bir yalıtım ve uzun bekleme süreleri sürüklenme ve ölçüm hatasını azaltacaktır. Büyükçe, hızlı sürükleniyor Test bölümü değil göstermektedirsonuçta yanlış ölçümlere yol açacaktır izotermal.
6. sorgulayıcı yazılımı günlük işlevini seçin ve sadece bazal üretmek için kullanılan aynı durgun, izotermal koşulları için DTS veri 10-100 taramaları kaydedin. Ayrıca kayıt TC / RTD okuma.
   NOT: Bu testi bölüm veya destek akışı veya beklenmedik deformasyon suşu tarafından oluşturulabilir ofsetler son test kontrolü için rezervasyon verileridir.

7. çalıştırın Testi

1. hava akışını oluşturmak ve her kanala 1,25 kg / sn debi oranlarını eşleştirmek için akış kontrol ayarlamak için kompresör açın.
   NOT: Ortalama giriş hızının 1,1 m / sn ve Reynolds sayısı 10.000 'dir.
2. 600 W olarak ayarlayın ısıtıcı güç ortam sıcaklığında olan batı jet, yukarıda doğu JET 20 ° C'ye ısınmaya.
3. Sistem dengeye ulaşmak için bir gecede çalışmasına izin verir.
4. Ertesi gün gürültü düzeylerini değerlendirmek için canlı DTS sinyalini inceleyin. Sensör "Gage l seçinYazılımda ength "kabul edilebilir gürültü düzeyleri (30 mm ölçer burada kullanılan) elde etmek.
   NOT: Gage uzunluğu uzaysal çözünürlüğü sensör karşılık gelir. Genel olarak, ölçü uzunluğu azaldıkça ve akış kaynaklı titreşim artar (kullanıcı kılavuzu ve başvuru 13 ve 14) gürültü artar sinyal.
5. 4 Hz 2000 DTS taramaları yapın.
6. Isıtıcı gücü ve hava akışını kapatın. Tank dengeye ulaşmak ve kontroller ofset sontest için kaydedilmiş ön test veri seti tamamlamak için 10-100 DTS taramaları kaydetmek için gece bekletin.

8. Veri Analizi

1. özel bir ikili formatında test verileri, sorgulayıcı yazılımının ana penceresinde sonrası işleme özelliğini seçin ve ithalat.
2. Geleneksel elektronik tablo programları tarafından okunabilir bir düz metin dosyası olarak veri ihracat.
   Not: - T _baz Bu veriler lif DT (x) = T (X) _ABS boyunca ölçülen sıcaklık gradyanını gösterir. Bu hiçbir başvuru içeriyorTest bölümünde pozisyon (Şekil. 6). Ek ayrıntılar bu adımın ve bir sonraki için sorgulayıcı kullanım kılavuzuna ve referanslar 6 ve 16 mevcuttur.
3. Geleneksel bir elektronik tabloya İthalat metin verileri ve tüm verilere adım 6.4 TC veya RTD ile ölçülen T _{taban çizgisini,} ekleyerek mutlak sıcaklık dönüştürmek.
   NOT: Biz Test bölümü taban sırasında izotermal olduğu öngörülen beri T (x) _abs = DT (x) + T _taban: mutlak sıcaklık dönüşüm sadece tek değer ofset düzeltmedir.
4. Kullanım tablosu programı veya benzeri veri işleme programı T (x) verileri ayrıştırmak ve Şekil 7 ve 8'de gösterilen gibi deney bölümünde fiziksel konumlara eşlemek.
   NOT: Program 5 adımda havya ile toplanan verilerin kullanacak.

Representative Results

Ham DTS veri Şekil çizilir. 6 sensörün boyunca mesafeye göre taban sıcaklığında (yaklaşık 20 ° C) ölçülen sıcaklık gradyanını gösteren. veriler mutlak sıcaklık dönüştürülür ne Test bölümünde fiziksel pozisyonlarda eşleştirilmiş olmuştur ne anlamda "ham" olduğunu. Veriler 50 m tam bir sensör uzunluğu boyunca 1.666 bağımsız ölçümler sağlayan bir 30 mm açıklığa dayanmaktadır. 30 mm ölçer 5,000 veri noktalarının sayısını arttıran bir örnekleme modunda 10 mm aralıklarla uygulandı. Bu tür veri yoğunluğu gibi TC'lerin gibi geleneksel sensörleri ile mümkün değildir.

Şekil l'de x = 0. 6 sensör tankın doğu ucunda ve x arttıkça geri ve ileri batı ucuna doğru döngüler. soğuk batı je üzerinde olduğu Peaks sensörü sıcak doğu jet üzerinden geçerken meydana geldiği ve daha sonra solmayat. arsa, tek bir DTS ham sinyal oldukça geniş bir bölge üzerinde sıcaklık temel tasviri sağlayabilir bile nasıl göstermektedir. Akış kaynaklı titreşim nedeniyle lif, batı ucuna doğru sinyal gürültü unutmayın. titreşim çıplak gözle görünmez olsa, sinyali aşağılamak için yeterli oldu ve biz uzun sensörler (> 10 m) en sık bu sorunu görüyoruz.

Ham veri Şekil test bölümünün üzerine eşleştirilir. DTS dizisi ile oluşturulan 0.5 x 0.8 m ölçüm düzlemi boyunca sıcaklığını gösterir 7. bakış açısı kapağının üzerine aşağı seyir tankın üstünde değil. altıgen kanalların Anahatları bir oryantasyon yardımı olarak dahil edilmiştir. Kapağın altında bantlanmış döngüler hariç tuttuğundan dolayı, kontur 4067 veri noktaları dayanmaktadır. Bitişik sensör segmentleri arasındaki doğrusal interpolasyon 2D kontur oluşturmak için kullanıldı.

the kontur doğu jet üzerinde sıcak bölge ile kapağın altında termal desen net bir duygusu sağlar, ancak bunun etrafında değil. Ayrıca belirgin arsa üzerinde y = 0 Tank orta düzlemine, etrafında kaba bir simetri olduğunu. sıcaklık verileri bu tür termal karıştırma ve ısı transferini içeren akışkanlar dinamiği çalışmalarında hız verilerine yararlı bir iltifat olduğunu. Titiz kod doğrulama hem sıcaklık ve hız alanları için böyle yüksek çözünürlük verileri gerektirir.

Aynı sensör verileri sıcaklık dalgalanmaları büyüklüğünü ortaya çıkarmak için işlenebilir. 2.000 tarama veri setinin RMS (karekök ortalama) Şekil 8'de çizilmiştir. Eflatun sıcaklık dalgalanmaları nispeten yüksektir bölgeyi işaretler. Bu aynı zamanda iki yükselen jetler kapağın çarpacak olarak etkileşim yüksek türbülans bir bölgedir. RMS veriler, termal karıştırma bağlamında türbülans modelleri için kullanışlıdır.

Şekil 1. Sorgulayıcı şematik. Sıcaklık ölçümleri için optik dağıtılmış sensör sorgulayıcı prensibi bileşenleri. Sistem sensörün Rayleigh geri yansıma imzasını karakterize süpürüldü dalga boyu interferometri dayanmaktadır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2. Test bölümü deney karıştırma Hava jeti. Havasını üst havalandırma yoluyla çıkmadan önce iki altıgen kanalları ve karışımları vasıtasıyla tabanı ile tanka girer. Kapak penceresini kaplayan siyah ekran 3 mm DTS (görünmez) üzerindedir. Plkolaylık, bu rakamın büyük halini görmek için buraya tıklayın.

Şekil yapılandırmasını montaj 3. DTS. Tankın uzun ekseni boyunca sinirli çelik destek telleri arasındaki dokuma DTS gösteren tankın üstten görünümü. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4. DTS yakın çekim. Close-up havya ile eşlenmesi için sensör döngüler, eki ve ilk test noktasının konumunu vurgulamak için yukarı kapağın tankın içinden görüntüsü DTS fotoğraf. Büyük halini görmek için tıklayınız Bu fişekil.

Şekil 5. Rayleigh saçılması sinyali. Sensör yapılandırma programı (burada görülmesi için kısa sensörü) ile kaydedilen tipik Rayleigh saçılması sinyali. Uygun sonlandırma gürültü tabanı keskin sinyal düşüşü üretecektir. Konnektörünün hafif sinyal adım ve mütevazı yansıma düzgün eklenmiş konnektörü özelliğidir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 6. Ham DTS verileri. 25 ° C'de 45 ° C'de sıcak doğu jet ham DTS veri tek tarama ve soğuk batı jet Sensör doğrudan nerede zirveleri ortaya Sıcak jet üstünde. Sensör ve geriye depo duvarları arasında döngü olduğunu hatırlayın. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Aşağıdaki kapak. Şekil 7. Ölçülen hava sıcaklığı tank içindeki fiziksel konumuna mutlak sıcaklık dönüştürülür ve eşleştirilmiş ham veriyi DTS. Veriler 4 Hz açmış 2,000 taramaları dayalı. Veri aralığı 4.067 çizilen veri noktaları, toplam 10 mm. Sensör kesimleri arasında bölgeleri doldurmak için kullanılan lineer interpolasyon. Altıgenler girişlerinin konumlarını göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

54076fig8.jpg "/>
Şekil 8. Kök ölçülen sıcaklığın kare (RMS) anlamına gelir. Şekil çizilir verilerin RMS. 7. Eflatun yüksek sıcaklık dalgalanmaları ve sıcak ve soğuk jetleri termal karışmasını gösterir. Altıgenler girişlerinin konumlarını göstermektedir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

1 m / sn ve 20 ° C de çapraz akış seçilen elyaf türleri ve konut konfigürasyonları için büyüklüğü termal tepki süresi Tablo 1. al.

Tablo 2. Seçilen kaplama yapılandırmaları için yaklaşık çalışma sıcaklığı sınırları ve nem hassasiyetleri.

Discussion

Biz bir akışkan dinamiği deneyde bir DTS kullanımını göstermiştir. Bu sensörlerin ana avantajı, tek bir sensör elde edilebilir ölçüm noktalarının büyük sayısıdır. Burada kullanılan DTS kadar bu tür termokupllar gibi geleneksel nokta sensörlerinin uygulanabilir sınırlarının ötesinde, bir 0.5 x 0.8 m düzlemi boyunca 4067 noktalarında veri oluşturulur. bu tür veri yoğunluğu lazer kaynaklı floresan (LIF) gibi optik teknikler ile aşılabilir iken, bir DTS opak sıvılar ve optik erişimi olmayan uygulamalarda işleyecektir. Bir DTS yüksek veri yoğunluğu hesaplamalı akışkanlar dinamiği kod doğrulama katılan deneyler için uygundur.

Baselining ölçüm doğruluğunu belirlemede kritik protokolde adım ve merkezi. Bir izotermal Test bölümü, başlangıç ​​çizgisi zaman, tüm DTS bir sıcaklıkta olduğundan emin olmak için önemlidir. Bu mümkün değilse, T _baz T _baz (X), mapp olmalıdır olurDTS yakın yerleştirilen birden fazla TC'ler ederek hazırlanabilir. Bazal kalite bu şekilde geliştirilebilir rağmen, mutlak sıcaklık dönüşüm standartlarına DTS taban çizgisi haritalama sürecini zorlaştırmaktadır.

Her zaman öngörülemeyen sinyal vardiya tanıtabilirsiniz bazal sonra zorlanma kaynakları için uyanık, olmak. Bu gibi kaynaklar, örneğin, test edilen sensör uzanan termal genleşme, destek hareketi, dinamik yükleme yüksek akış oranları, veya akış kaynaklı titreşim vardır. izotermal şartlar altında ön ve son test ölçümleri gibi sorunları tespit yardımcı olacaktır.

Gerilme duyarlılığı bu Rayleigh saçılması tabanlı DTS ana eksikliktir. Termokupllar gibi geleneksel sensörler aksine, taşıma, nem ve titreşime karşı duyarlıdır. Bu konular burada gösterdi çıplak sensör yapılandırması için en uygun, ama çok daha az önemli kılcal damarlar içinde yer sensörler içindir.

Geleneksel sensörlerin aksine, bir DTS evrak, NIST (National Institute of Standards and Technology) gibi tanınmış kalibrasyon standardı için izleme ile tedarik edilemez. In-situ kalibrasyonları bazı zor olabilir bir izotermal testi bölümünde, tercihen, gerekli olan Uygulamalar. Titreşim büyük bir test bölümünde üzerinde sinirli çıplak fiber özel bir endişe kaynağıdır. Biz 1.7 m segment boylarda tankın uzun ekseni yayılan bir dikey yönelimli dizi ile karışık bir başarı oldu. Lif 28 m ve 16 kesimleriyle bir yapılandırma Bir çalışmada ¹⁸ sırasında iyi bir performans, ancak 53 m 29 ile segmentlere için başarısız ¹⁶ oldu genişletmek için çalışır.

Genel olarak, herhangi bir sensör uzunluğu ve yapılandırma için gürültü sorgulayıcı yazılım Rayleigh sinyal kayması hesaplar, üzerinde Gage uzunluğunu artırarak azaltılabilir sinyal, ancak bu etkili uzaysal çözünürlüğü azaltır. her bir Applicayon sinyal gürültü ve uzaysal çözünürlük arasında kendi denge kurmalıdır. Yine, bu tür zorluklar büyük ölçüde genişletilmiş termal tepki süresi pahasına bir kılcal sensörü konut önlenebilir.

Bu nispeten yeni sıcaklık ölçüm teknolojisi titreşim yatkınlığı azaltmak için geliştirilmesini gerektirmektedir. Bu çalışmaların çoğu mutlaka sorgulayıcı donanım ve yazılım içerecektir. sensörler kendileri de lif kaplamalar etkilenir taşıma ve nem değişikliklerine karşı hassasiyeti azaltmak için geliştirilmiş olabilir. Çalışma şu anda piyasada mevcut polimid ve akrilat kaplı liflerin üstün kaplamalar geliştirmeye odaklanmak olabilir.

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