الألياف البصرية مجسات الموزعة لعالية الدقة لرسم الخرائط درجة الحرارة الميدان

Summary

ونحن لشرح استخدام جهاز استشعار توزيع الألياف البصرية لرسم خرائط حقل درجة حرارة خلط طائرات الهواء. أجهزة الاستشعار على أساس تشتت رايلي يولد الآلاف من نقاط البيانات على طول واحد من الألياف لتقديم قرار استثنائي المكاني الذي هو غير قابلة للتحقيق مع أجهزة الاستشعار التقليدية مثل المزدوجات الحرارية.

Abstract

يتم التحقق من موثوقية ديناميات الموائع الحسابية (CFD) رموز بمقارنة المحاكاة مع البيانات التجريبية. مجموعة بيانات نموذجية تتكون بصورة رئيسية من سرعة وقراءات درجة الحرارة، على حد سواء وجود مثالي القرار المكانية والزمانية عالية لتسهيل التحقق من صحة رمز صارم. في حين يتم الحصول على بيانات عالية الدقة سرعة بسهولة من خلال تقنيات القياس البصرية مثل السرعة بواسطة الصور الملتقطة للجسيمات، وقد ثبت أنه من الصعب الحصول على بيانات درجة الحرارة مع قرار مماثل. أجهزة الاستشعار التقليدية مثل المزدوجات الحرارية لا يمكن أن تملأ هذا الدور، ولكن التطورات الأخيرة في الاستشعار عن توزيعها على أساس نثر رايلي وموجة اجتاحت التداخل يقدم قرار مناسب للعمل التحقق من صحة رمز CFD. يمكن توليد الآلاف من قياسات درجات الحرارة على طول الألياف الضوئية رقيقة واحد في مئات من هيرتز. أجهزة استشعار تعمل على تتراوح درجة الحرارة الكبيرة وضمن السوائل مبهمة حيث التقنيات البصرية غير مناسبة. ولكن هذا النوع من أجهزة الاستشعارغير حساسة للإجهاد والرطوبة وكذلك درجات الحرارة وحتى يتأثر دقة عن طريق التعامل مع، والاهتزاز، والتحولات في الرطوبة النسبية. ومثل هذا السلوك تماما على عكس أجهزة الاستشعار التقليدية وضرورية لضمان قياسات دقيقة إجراءات التثبيت والتشغيل غير تقليدية لذلك. توضح هذه الورقة تنفيذ نثر رايلي من نوع استشعار توزيع درجة الحرارة في تجربة الاختلاط الحرارية التي تشمل طائرتين الهواء في 25 و 45 درجة مئوية. نقدم معايير لتوجيه مجموعة من الألياف البصرية للاستشعار ووصف الإعداد التثبيت لتجربة طائرة الاختلاط. نحن لتوضيح لخط الأساس الاستشعار، والذي يربط بين قراءات في مستوى درجة الحرارة المطلقة، ومناقشة القضايا العملية مثل الأخطاء بسبب التدفق الناجم عن الاهتزاز. هذه المواد يمكن أن تساعد المهتمين في قياسات درجات الحرارة وجود كثافة عالية للبيانات وعرض النطاق الترددي للتجارب ديناميكا السوائل وتطبيقات مماثلة. نسلط الضوء المزالق محددة لهذه المجسات لconsideraنشوئها في تصميم التجربة والعملية.

Introduction

ديناميات الموائع الحسابية تستخدم (CFD) رموز لمحاكاة مجموعة واسعة من أنظمة السوائل، من تدفق الهواء حول الطائرات والسيارات وصولا الى الشرايين تدفق الدم. نمت نطاق والإخلاص لهذه المحاكاة مع توافر القدرة الحاسوبية. ومع ذلك، على الرغم من التطور من عمليات المحاكاة المتقدمة، دقتها وموثوقية يصعب تحديدها في كثير من الأحيان. في الممارسة العملية، ويتم تقييم دقة رموز CFD بمقارنة المحاكاة مع البيانات التجريبية في عملية تسمى التحقق من صحة رمز.

وهناك مجموعة البيانات التجريبية النموذجية يتكون بصورة رئيسية من سرعة ودرجة الحرارة القياسات، وكلاهما من ارتفاع القرار المكانية والزمانية مثالي لتسهيل التحقق من صحة رمز صارم. يمكن تعيين الحقول السرعة بدقة عالية باستخدام السرعة بواسطة الصور الملتقطة للجسيمات (التعريف الشخصية)، وهي راسخة البصرية تقنية ^1،2. في المقابل، فإنه من الصعب تعيين حقول درجة الحرارة مع قرار مشابه لذلك من التعريف الشخصية. البصريهي تقنيات لتر مثل مضان الليزر التي يسببها المتاحة ^3،4، لكنها تتطلب الكاميرات ونسبيا ليزر عالية الطاقة، وغير مناسبة للسوائل مبهمة.

متوفر في تقنية جديدة نسبيا للاستشعار درجة الحرارة توزيعها على أساس نثر رايلي واجتاحت موجة التداخل (السويسري) ^5-7 بديل. يمكن الحصول على الآلاف من قياسات درجات الحرارة على طول الألياف البصرية واحد. جهاز استشعار درجة الحرارة وزعت (DTS) يمكن أن تمتد حقول تدفق كبيرة وظيفة في بيئات غير مناسبة لتقنيات الصورة القائمة ^8. هناك أيضا DTSs على أساس رامان وBrillouin نثر ^9،10، ولكن أجهزة الاستشعار على أساس نثر رايلي والسويسري توفير تحليل المكاني والزماني أكثر ملاءمة لنموذجية تجارب ديناميكا الموائع.

على الرغم من كثافة عرض البيانات DTSs أبعد من ذلك من أجهزة الاستشعار التقليدية مثل المزدوجات الحرارية (TCS)، وأجهزة الاستشعار على أساس رايلي scatteحلقة الاستجابة إلى توتر وكذلك درجة حرارة ^11. إذا كان طلاء الألياف استرطابي، تستجيب أجهزة الاستشعار أيضا إلى الرطوبة تغير ^12،13. امتصاص بخار الماء تتضخم طلاء بينما ينكمش الامتزاز هو ¹⁴ الذي يعمل على التقليل من الألياف الزجاجية الأساسي ويغير إشارة. ونتيجة لذلك، يتأثر دقة عن طريق التعامل مع، والاهتزاز، والتحولات في الرطوبة النسبية. هذا هو تماما عكس أجهزة الاستشعار التقليدية ويجب مراعاة أساليب التثبيت والقياس غير تقليدية حتى الحصول على بيانات دقيقة. توضح هذه الورقة استخدام DTS في تجربة الاختلاط الحرارية، وتقديم بروتوكول ومبادئ توجيهية لضمان دقة.

وDTS المستخدمة هنا تقوم على كشف وتحليل نثر رايلي في الدليل الموجي الألياف البصرية. والتوزيع العشوائي من الشوائب والاختلافات الهيكلية على طول محور الألياف يؤدي إلى نمط ارتدادي التي هي فريدة من نوعها إلى الألياف ومستقرة عموما. الطيف والسعةهذا النمط يمكن أن تقرأ لتكون بمثابة توقيع الألياف. التغيرات الجسدية مثل التحولات درجة الحرارة أو الضغط تغير التوقيع بطريقة قابلة للتكرار، وكشف عن الاختلافات توقيع هي أساس لاستخدام الألياف كجهاز استشعار.

ويوضح الشكل 1 المكونات الرئيسية للجهاز الاستشعار البصرية الالكترونية، يسمى البصرية توزيع استشعار المحقق، ويرمز هنا ببساطة باسم "المحقق". في تقنية تعرف باسم التداخل اجتاحت الطول الموجي، والليزر منخفض الطاقة الانضباطي تطلق إشارة نطاق ضيق في الألياف لغرض تسجيل الناتجة ارتدادي ^5-7. واجتاحت الليزر عبر فترة من عدة نانومتر وتقسيم إشارة بين المرجعية وقياس الساقين. الضوء المتناثرة من أجهزة الاستشعار وجنبا إلى جنب مع إشارة مرجعية لتوليد إشارات تدخل في أجهزة الكشف. إخراج كاشف هو الرقمية وتحليلها لاسترداد إشارة تشتت رايلي. وRayleتوقيع IGH من التحولات استشعار في حيث استشعار درجة الحرارة (سلالة، أو الرطوبة) التغييرات الطول الموجي. ويرتبط حجم هذا التحول الطول الموجي للاستشعار حساسية، وهو ثابت فيزيائي يرتبط مع نوع من الألياف، والتي لديها عامل المعايرة مماثلة لطاقة كهروحرارية من TC.

ويبين الشكل 2 خزان زجاج، التي تعد بمثابة قسم الاختبار المستخدمة في هذه الدراسة. الكاميرا وراء الدبابة يعطي شعورا الحجم. يدخل الهواء من خلال اثنين من القنوات سداسية ويمزج قبل أن تخرج من خلال تنفيس. لتسليط الضوء على الطائرات، والمصنف تيار تدفق واحد مع ضباب النفط بينما ظل البعض الهواء النقي. غطاء خزان يحتوي على نافذة مغطاة شاشة البوليمر سوداء. وإن لم تكن واضحة في الصورة، تم تعليق DTS أسفل الشاشة السوداء.

وقد شنت 50 م DTS طويلة تحت غطاء خزان كما هو مبين في الشكل. 3. كان الطراز ومن 155 ميكرون قطرها المغلفة بوليميد الألياف البصريةوعلقت على 127 ميكرون أسلاك الفولاذ قطر موتر بين فريقي نهاية دبابات. قد نسجت أجهزة الاستشعار من خلال الأسلاك في نمط بالتناوب ويحلق ذهابا وإيابا عبر خزان 49 مرة. أنه يمتد طائرة 0.5 X 0.8 متر ويولد 1355 نقطة مستقلة البيانات في 4 هرتز والقرار المكانية من 30 ملم، 4067 نقطة البيانات عند oversampled مع تباعد 10 ملم. هذه البيانات درجة حرارة عالية الكثافة يكمل البيانات سرعة ويزيد من قيمة مجموعات البيانات اللازمة للتحقق CFD. يحدد البروتوكول عملية اختيار الاستشعار، وتلفيق، والتكوين مع التركيز على القلق على نحو خاص في استخدام DTS في تجربة ديناميكية السوائل.

Protocol

1. نوع الاختيار الأمثل الاستشعار عن التطبيق

1. اختيار طول استشعار على أساس المفاضلة بين السرعة وأخذ العينات وعدد من نقاط البيانات.
   ملاحظة: واحد عينات المحقق أجهزة استشعار ما يصل الى 50 م في الطول عند 2.5 هرتز وقرار <10 ملم، بينما العينات الأخرى وأجهزة الاستشعار يصل إلى 10 مترا في الطول في قرار ملم 5 و 100 هرتز.
2. اختر نوع من وضع الألياف البصرية واحد على أساس الاحتياجات لحدود الخدمة درجة الحرارة، وزمن الاستجابة، حساسية الرطوبة، وتكوين التثبيت (عارية أو في الشعيرات الدموية).
   ملاحظة: هنا استخدمنا 155 ميكرون قطرها المغلفة بوليميد واحد وضع الاتصالات التجارية الألياف البصرية.
   ملاحظة: انظر الجدولين 1 و 2 كأمثلة على الألياف والتكوينات التي استخدمناها في مختبرنا.

2. تثبيت الألياف البصرية في القسم اختبار

1. قسم اختبار مفتوحة عن طريق إزالة واحدة من جانب لوحات زجاجية طويلة.
2. الحفر 1 ملم ثقوب قطرهافي الجدران الجانبية 3 مم أسفل غطاء لالمراسي الأسلاك (الشكل 3).
   ملاحظة: المراس عقد أسلاك الفولاذ التي تدعم أجهزة الاستشعار. الملعب مرساة يمكن أن تختلف وفقا للمادة اختبار حجم ويتوقع تحميل الديناميكي من التدفق. الملعب 20 ملم المستخدمة هنا ثبت مستقر مع الحد الأدنى من الاهتزاز في تدفق بالقرب 1 م / ثانية. اهتزاز إشارات تفسد DTS وأكثر إشكالية مع أجهزة استشعار طويلة ^15،16.
3. سلسلة 127 ميكرون قطر جزء أسلاك الفولاذ عبر قسم اختبار من خلال ربطه إلى مرساة النحاس في نهاية كل من الخزان. كرر حتى هناك ما مجموعه 47 قطاعات الأسلاك موتر عبر الخزان.
4. خفض 50 متر من الألياف الضوئية باستخدام الاتصالات / كهربائيين مقص مع الاحتياطي إلى أن تستهلك في موصل الربط والألياف إنهاء (على الأرجح <0.5 متر، ولكن تعتمد على الكفاءة في الربط). جمع هذه الألياف على بكرة صغيرة، ~ 50 ملم في القطر.
5. وضع شريحة استشعار الأول في حافة واحدة من المنطقة المختارة لقياس درجة الحرارة الطرافةح مجموعة أجهزة الاستشعار.
   ملاحظة: بعد يتم إصلاح الجزء الأول في الموقف، وسوف يحلق الألياف لشريحة مجاور، ثابتة في موقف، والمزيد من الألياف الاستغناء عن الجزء التالي في عملية المتكررة التي يبني مجموعة حتى يتم استخدام جميع الألياف.
6. نسج الألياف فوق وتحت الأسلاك المجاورة، والعمل من جانب واحد من خزان إلى آخر، والألياف الاستغناء عن بكرة حسب الحاجة.
   ملاحظة: الألياف هو عمودي على السلك كما هو مبين في الشكل. 3 مع نسج الداعمة لها ضد قوة الجاذبية في اتجاه واحد وتدفق في الآخر.
7. نعلق كل نهاية هذا الجزء من الألياف الأول إلى غطاء مع الشريط واضح التقليدية أو بوليميد شريط الفيلم. الجزء الأول من الصفيف هو الآن في مكان.
   ملاحظة: لا إصلاح أجهزة الاستشعار مشدود مثل سلسلة الغيتار، ولكن مشدود وليس بما يكفي لتكون مباشرة ويستغرق الركود مرئية. إذا تم المتأزم أجهزة الاستشعار، وتشوهات صغيرة في الدعم، على سبيل المثال، EXPAN الحراريسيون من الغطاء، وسوف يتغير هذا التوتر وتوليد إزاحة إشارة وأخطاء القياس الشاذة.
8. حلقة الألياف 180 درجة إلى العودة مرة أخرى لقطاع القادم كما هو مبين في الشكل. 4 والشريط لغطاء على مسافة 10 مم من الجزء الأول.
   ملاحظة: تصغير قطر حلقة لأنه هو "الألياف الضائع" (ليست جزءا من مجموعة)، لكن يجب أن يكون حوالي 30 ملم أو أكثر لتؤكد مقبولة. وقد تغاضت الألياف المستخدمة هنا 30 مم حلقات لعدة أشهر مع عدم فقدان إشارة ملحوظة، ولكن حدود تختلف مع نوع من الألياف. لالألياف المستخدمة هنا، تحدد الشركة المصنعة لل"على المدى القصير" الحد منحنى نصف قطرها كما ≥ 10 مم و"على المدى الطويل" الحد كما ≥ 17 مم.
9. نسج من جديد الألياف بين الأسلاك نحو الجانب الآخر من الخزان والشريط في الموقف. كرر العملية حلقات وتسجيل، والنسيج حتى يتم استخدام جميع الألياف.

3. لصق رابط وتيرمينانشوئها إلى الألياف

1. لصق لLC-نوع الموصل طريقة واحدة لنهاية واحدة من الألياف باستخدام جهاز الربط الانصهار باتباع تعليمات الشركة المصنعة ^17.
2. خفض ~ 0.25 م الألياف إنهاء مع مقص / الاتصالات كهربائي، ولصق إلى الطرف الآخر من الألياف، ومرة ​​أخرى مع جهاز الربط الانصهار باتباع تعليمات الشركة المصنعة.
   ملاحظة: الآن هذا التجمع (الألياف، موصل، وإنهاء) أن يشار إلى "استشعار". الألياف إنهاء يشتت إشارة المتبقية من نبضة ليزر لمنعه من العودة إلى المحقق.

4. تكوين الاستشعار

1. سد العجز في نهاية موصل LC-نوع من أجهزة الاستشعار في منفذ المحقق والبدء في برامج التكوين.
2. توليد بيانات الاستشعار السعة عن طريق اختيار "اكتساب" (واضح من بيانات درجة الحرارة)، والتي يتم عرضها تلقائيا عند اكتمال الفحص.
   ملاحظة: تتبع لجهاز استشعار مع التوصيلات الجيدة سوف يكون الجينخصائص راؤول هو مبين في الشكل. 5 ويمكن الإشارة إلى لصق الفقراء عن طريق الكلمة ضجيج غير واضحة أو التفكير السائد حيث من المتوقع الموصل. إذا اشتبه في أن لصق الفقراء، والعودة إلى الخطوة 3 وتكرار إجراء الربط.
3. تحديد الجزء النشط من أجهزة الاستشعار عن طريق سحب المؤشر الأصفر الذي يظهر على الشاشة لبداية من أجهزة الاستشعار والمؤشر الأحمر حتى النهاية.
4. إعطاء استشعار اسما واختر "حفظ الملفات استشعار".
   ملاحظة: يتم الآن تكوين أجهزة الاستشعار وجاهزة للاستخدام.
5. إغلاق برامج التكوين والتحول إلى برنامج القياس.

5. خريطة الاستشعار الوظيفة داخل القسم اختبار

1. بدء تشغيل البرنامج قياس المحقق وتحميل استشعار تكوين فقط.
2. توصيل حام الحديد إلى محول متغير المقرر أن ~ 40٪، التسخين لمدة 5-10 دقائق.
   ملاحظة: إن حام الحديد يولد ارتفاع درجة الحرارة المحلية لرسم الخرائط. وحام الحديد يمكن مELT طلاء الألياف والخراب مستشعر حتى تبدأ إعداد المحولات منخفضة، وذلك باستخدام القوة ما يكفي للحصول على المسامير واضحة. و10-20 درجة مئوية ارتفاع يكفي لهذه العملية.
3. حدد "التدبير" في البرنامج المحقق لرسم البيانات الحية على الشاشة.
4. التصغير لعرض استشعار بالكامل على الشاشة.
5. عقد حام الحديد بالقرب من أجهزة الاستشعار لفترة وجيزة على اتصال به عند نقطة رسم الخرائط الأولى، هنا أبعد جزء من تنفيس حيث يلتقي الغطاء (الشكل 4).
6. موقف سجل ذروة درجات الحرارة كما هو مبين من قبل البرامج جنبا إلى جنب مع الموقع الفعلي المقابلة داخل قسم الاختبار.
7. كرر 5،5-5،6 لتعيين نقطة نهاية كل شرائح 49.

6. الاستشعار الأساس: وينك لدرجة الحرارة المطلقة

1. موقف واحد أو أكثر من درجة حرارة المعايير، على سبيل المثال، TC أو للكشف عن درجة الحرارة المقاومة (الحق في التنمية)، بالقرب من DTS لتكون بمثابة معيار ربط القراءات DTS إلى الشركة المصرية للاتصالات المطلقةmperature.
2. إغلاق خزان من خلال استبدال لوحة جانب الزجاج الطويل التي تم إزالتها في الخطوة 2.1.
3. عزل خزان الاشارات في بطانية أو ألواح العزل التقليدية والسماح لها الجلوس بين عشية وضحاها إلى خلق جو متساوي.
4. بدء تشغيل البرنامج المحقق، حدد "الأساس" (أو "الفارغة")، في وقت واحد ملاحظة / تسجيل TC (أو الحق في التنمية) القراءة. عند الانتهاء من البرنامج مع خط الأساس، حدد "التدبير" لمؤامرة بيانات حية لفحص جودة من خط الأساس.
   ملاحظة: هذه خطوة حاسمة تضع الأساس DTS وإشارة ينبغي أن تبين الآن الصفر، أي ΔT (س) = 0 ± جزء من درجة. من الآن فصاعدا، سوف إشارة تختلف كما يحيد درجة حرارة الخزان من درجة الحرارة المرجعية: ΔT (س) = T (خ) _س - _قاعدة T، حيث T (س) _{القيمة المطلقة} هي درجة الحرارة المطلقة على طول الألياف وتي _{القاعدة} هي الأساس درجة الحرارة ^6،18. إذا كان التقطيعة اختبارn غير nonisothermal، سوف تي _قاعدة أن يكون وظيفة من موقف، أي تي _قاعدة (خ)، وسوف يثير الشبهة دقة ما لم تي _قاعدة (خ) يتم تعيين مع TC أكثر من واحد أو RTD (انظر القسم مناقشة). لا تتحرك أو لمس المجس حتى اكتمال الخطوة 7. اجهد بأي شكل من الأشكال يمكن أن يعرض التعويضات التي قد تحط من دقة القياس.
5. دراسة إشارة الحية، التي لا ينبغي أن ينجرف بعيدا عن الصفر. إذا الانجراف هو المفرط للتطبيق (الحد لدينا هو ما يقرب من 0.5 درجة مئوية بعد ~ 5 دقائق)، إتاحة المزيد من الوقت لقسم اختبار للوصول إلى التوازن الحراري و / أو تحسين العزل (انظر الملاحظة أدناه) ثم كرر الخطوة 6.4.
   ملاحظة: إشارة الجودة هي دائما أفضل على الفور بعد خط الأساس وسوف الانجراف بمرور الوقت اعتمادا على توزيع درجة الحرارة داخل قسم الاختبار. والعزل الجيد وفترات انتظار طويلة قبل بطانة قاعدة تقليل الانجراف وخطأ القياس. كبيرة، الانجرافات السريعة تشير إلى قسم الاختبار ليسمتساوي الحرارة، الأمر الذي سيؤدي في نهاية المطاف إلى قياسات غير دقيقة.
6. حدد وظيفة تسجيل في البرنامج المحقق وتسجيل 10-100 بمسح البيانات DTS لنفس الظروف الراكدة، متساوي الحرارة تستخدم فقط لتوليد خط الأساس. سجل أيضا القراءة TC / RTD.
   ملاحظة: هذا هو بيانات الاحتياطي لاجراء فحوص البعدي التعويضات التي يمكن أن تولدها سلالة من تدفق أو تشوه غير متوقع من قسم اختبار أو الدعم.

7. تشغيل اختبار

1. تشغيل الضاغط لتوليد تدفق الهواء وضبط وحدات التحكم تدفق لتتناسب مع معدلات التدفق عند 1.25 كجم / ثانية لكل قناة.
   ملاحظة: متوسط ​​سرعة مدخل إلى 1.1 متر / ثانية ورقم رينولدز هو 10000.
2. وضع السلطة سخان إلى 600 واط لتسخين طائرة شرق 20 درجة مئوية فوق الطائرة غرب، الذي هو في درجة حرارة الغرفة.
3. السماح للنظام لتشغيل بين عشية وضحاها للوصول إلى التوازن.
4. في اليوم التالي دراسة الحية إشارة DTS لتقييم مستويات الضوضاء. حدد استشعار "سعة لترength "في البرنامج لتحقيق مستويات الضوضاء مقبولة (يستخدم سعة 30 ملم هنا).
   ملاحظة: طول غيج يتوافق مع أجهزة الاستشعار القرار المكانية. بشكل عام، يشير ارتفاع الضوضاء كما الانخفاضات طول سعة وكما يزيد من الاهتزاز الناجم عن تدفق (انظر دليل المستخدم ومرجع 13 و 14).
5. تسجيل 2000 بمسح DTS في 4 هرتز.
6. إيقاف الطاقة سخان وتدفق الهواء. السماح للدبابات الجلوس بين عشية وضحاها للوصول إلى التوازن وتسجيل 10-100 بمسح DTS لتكمل مجموعة البيانات قبل الاختبار البعدي حفظها لتعويض الشيكات.

تحليل 8. البيانات

1. حدد الميزة بعد تجهيز في النافذة الرئيسية للبرنامج المحقق واستيراد بيانات الاختبار، والتي هي في شكل ثنائي الملكية.
2. تصدير البيانات كملف نصي عادي يمكن قراءتها من قبل برامج جداول البيانات التقليدية.
   ملاحظة: تمثل هذه البيانات ΔT قياس طول الألياف حيث ΔT (س) = T (خ) _س - _قاعدة تي. أنه يحتوي على أي إشارة إلىموقف في قسم اختبار (انظر الشكل 6). تتوفر في دليل المستخدم المحقق ومراجع 6 و 16 لهذه الخطوة والقادمة تفاصيل إضافية.
3. بيانات النص استيراد في جدول التقليدية وتحويلها إلى درجة الحرارة المطلقة بإضافة T _{خط الأساس} الذي يقاس TC أو RTD في الخطوة 6.4، لجميع البيانات.
   ملاحظة: التحويل إلى درجة الحرارة المطلقة هو مجرد تصحيح القيمة واحدة الأوفست: T (خ) _{وتقاسم المنافع} = ΔT (خ) + T _الأساس حيث أننا قد نصت على أن قسم اختبار كان متساوي الحرارة خلال خط الأساس.
4. استخدام البرمجيات جدول أو ما شابه ذلك برنامج معالجة البيانات لتتحلل T البيانات (خ) وخريطة لمواقع المادية داخل قسم الاختبار كما هو موضح في الشكلين 7 و 8.
   ملاحظة: سيقوم البرنامج الاستفادة من البيانات التي تم جمعها مع حام الحديد في الخطوة 5.

النتائج

يتم رسم البيانات DTS الخام في الشكل. 6 تبين ΔT المقاس من درجة الحرارة الأساسية (حوالي 20 درجة مئوية) مقابل المسافة على طول الاستشعار. كانت البيانات "الخام"، بمعنى أنه قد لا تم تحويلها إلى درجة الحرارة المطلقة ولا تعيينها في مناصب المادية داخل قسم الاختبار. ويستند البيانات على 30 ملم طول المقياس، الذي يوفر 1،666 قياسات مستقلة على طول الاستشعار الكامل 50 م. تم تطبيق سعة 30 ملم على فترات مم 10 في وضع الإفراط الذي يزيد من عدد من نقاط البيانات إلى 5000. هذه الكثافة البيانات ليست العملية مع أجهزة الاستشعار التقليدية مثل اللجان الفنية.

عند x = 0 في الشكل. (6) وأجهزة الاستشعار في الطرف الشرقي من الخزان، وكما يزيد س يلتف ذهابا وإيابا نحو الطرف الغربي. تحدث القمم حيث يمر استشعار على الشرق طائرة الساخنة ثم تتلاشى حيث كان أكثر من الغرب جي الباردت. توضح هذه المؤامرة كيف أن إشارة الخام من DTS واحدة يمكن أن توفر تصوير الأساسي من درجة الحرارة أكثر من منطقة واسعة إلى حد ما. ملاحظة الضوضاء إشارة نحو الطرف الغربي من الألياف، والتي من المقرر أن الاهتزاز الناجم عن التدفق. على الرغم من الاهتزاز وغير مرئية للعين المجردة، كان يكفي أن تتحلل إشارة ونحن نرى هذه المشكلة في أغلب الأحيان مع أجهزة استشعار طويلة (> 10 م).

يتم تعيين البيانات الخام على قسم اختبار في الشكل. 7، مما يدل على درجة الحرارة في جميع أنحاء الطائرة قياس 0.5 X 0.8 متر يتكون من مجموعة DTS. وجهة نظر هي من فوق الخزان الذي ينظر إلى غطاء. وترد الخطوط العريضة للقنوات سداسية كعامل مساعد التوجه. ويستند كفاف على 4067 نقاط البيانات حيث يتم استبعاد حلقات مسجلة تحت الغطاء. وقد استخدم الخطية بين شرائح استشعار المتاخمة لخلق محيط 2D.

عشر يوفر البريد كفاف شعور واضح من نمط الحراري تحت غطاء مع المنطقة الدافئة على طائرة الشرق، ولكن لا تتركز حوله. أيضا واضح هو التماثل الخام حول المستوى الناصف للدبابات، والتي هي ص = 0 في هذه المؤامرة. هذا النوع من البيانات في درجة الحرارة هو مجاملة مفيدة لبيانات السرعة في دراسات ديناميات السوائل التي تنطوي على خلط الحراري وانتقال الحرارة. يتطلب التحقق من صحة رمز صارم مثل هذه البيانات ارتفاع القرار لكلا المجالين درجة الحرارة وسرعة.

يمكن معالجة بيانات الاستشعار نفسها للكشف عن حجم التقلبات في درجات الحرارة. وRMS (جذر متوسط مربع) من مجموعة بيانات المسح 2000 يتم رسم في الشكل 8. أرجواني يصادف المنطقة حيث التقلبات في درجات الحرارة مرتفعة نسبيا. وهذا هو أيضا المنطقة من الاضطراب عالية حيث تتفاعل اثنين من ارتفاع الطائرات كما تؤثر على الغطاء. البيانات RMS هو مفيد للنمذجة الاضطرابات في سياق خلط الحراري.

المحافظة على together.within الصفحات = "1">
الشكل 1. محقق التخطيطي. المكونات مبدأ البصرية المحقق استشعار توزيع لقياس درجة الحرارة. ويستند هذا النظام على التداخل اجتاحت الطول الموجي، الذي يميز توقيع رايلي ارتدادي على جهاز الاستشعار. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2. قسم اختبار طائرة طيران خلط التجربة: الهواء يدخل الخزان عن طريق قاعدة عن طريق اثنين من القنوات سداسية ويمزج قبل أن تخرج من خلال كبار تنفيس. شاشة سوداء تغطي إطار الغطاء هو 3 مم فوق DTS (غير مرئية). ررتخفيف انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3. DTS تصاعد التكوين. أعلى نظرا خزان تظهر DTS المنسوجة بين الأسلاك الدعم الصلب موتر عبر المحور الطويل للدبابات. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4. DTS عن قرب. عن قرب صورة DTS مع وجهة نظر من داخل دبابة أعلى في غطاء لتسليط الضوء على الحلقات الاستشعار، والتعلق، وموقع نقطة الاختبار الأولى ليتم تعيينها مع حام الحديد. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر هذه فايجوري.

الرقم 5. نثر رايلي إشارة. النموذجية رايلي إشارة تشتت سجلت مع استشعار التكوين فائدة (جهاز استشعار قصيرة تظهر هنا من أجل الوضوح). سوف إنهاء السليم تولد انخفاض إشارة حاد مع الكلمة الضوضاء. في طفيف خطوة إشارة صعودا وانعكاس متواضع في الموصل هو سمة من موصل تقسم بشكل صحيح. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 6. بيانات DTS الخام. تفحص واحد من البيانات DTS الخام مع طائرة شرق الساخنة عند 45 درجة مئوية، وطائرة غرب الباردة في 25 درجة مئوية. تحدث القمم حيث استشعار مباشرة فوق طائرة الساخنة. يذكر أن أجهزة الاستشعار وحلقات ذهابا وإيابا بين جدران الخزان. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الرقم 7. قياس درجة حرارة الهواء تحت الغطاء. DTS البيانات الخام تحويلها إلى درجة الحرارة المطلقة وتعيينها إلى موقف البدني داخل الخزان. البيانات على أساس 2000 بمسح دخولك في 4 هرتز. تباعد البيانات 10 مم ليصبح المجموع 4067 نقاط البيانات المرسومة. خطي الاستيفاء تستخدم لملء المناطق بين شرائح أجهزة الاستشعار. السداسي تظهر مواقف مداخل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

54076fig8.jpg "/>
الرقم 8. الجذر يعني مربع (RMS) من درجة الحرارة المقاسة. RMS من البيانات المرسومة في الشكل. 7. يشير أرجواني التقلبات في درجات الحرارة العالية وخلط الحراري للطائرات الساخنة والباردة. السداسي تظهر مواقف مداخل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الجدول 1. أمر من حجم زمن الاستجابة الحرارية لأنواع الألياف المختارة وتكوينات السكن في التدفق عبر في 1 م / ث و 20 درجة مئوية.

الجدول 2. حدود درجة حرارة التشغيل التقريبية والحساسيات الرطوبة لتكوينات طلاء المحدد.

Discussion

لقد أثبتنا استخدام DTS في تجربة ديناميكية السوائل. والميزة الرئيسية لهذه المجسات هو عدد كبير من نقاط القياس التي يمكن الحصول عليها من أجهزة الاستشعار واحد. وDTS المستخدمة هنا ولدت البيانات في 4067 نقطة عبر الطائرة 0.5 X 0.8 متر، ما هو أبعد من حدود ممكنة من أجهزة الاستشعار نقطة التقليدية مثل المزدوجات الحرارية. وفي حين أن هذه الكثافة البيانات يمكن تجاوزها من خلال تقنيات بصرية مثل الليزر التي يسببها مضان (ليف)، فإن DTS تعمل في السوائل والتطبيقات التي يفتقرون الضوئية المعتمة. كثافة عالية للبيانات من DTS مناسبة للتجارب المشاركين في الحسابية ديناميات الموائع التحقق من صحة رمز.

لخط الأساس هو خطوة حاسمة في البروتوكول والمركزية في تحديد دقة القياس. قسم اختبار متحاور أمر ضروري لضمان DTS بأكمله هو في درجة حرارة واحدة عندما يحدد الخط. إذا لم يكن ذلك ممكنا، يصبح تي _{قاعدة قاعدة} T (خ)، والتي ينبغي أن تكون مبإد من قبل اللجان الفنية متعددة وضعت على مقربة من DTS. على الرغم من جودة أساسية يمكن تحسينها في هذا الشكل، فإنه يعقد عملية رسم خط الأساس DTS إلى معايير لتحويلها إلى درجة الحرارة المطلقة.

تكون دائما على اطلاع على مصادر التوتر بعد خط الأساس الذي يمكن أن يعرض التحولات إشارة لا يمكن التنبؤ بها. هذه المصادر هي، على سبيل المثال، قسم اختبار التمدد الحراري والتي تمتد أجهزة الاستشعار، حركة دعم، تحميل الديناميكي من معدلات تدفق عالية، أو الاهتزاز الناجم عن التدفق. سوف القياسات قبل والبعدي في ظل ظروف متساوي الحرارة تساعد في تحديد مثل هذه المشاكل.

حساسية سلالة هو العيب الرئيسي لهذا رايلي DTS القائم على التشتت. على عكس أجهزة الاستشعار التقليدية مثل المزدوجات الحرارية، أنه حساس لمعالجة والرطوبة والاهتزاز. وهذه المسائل هي الأكثر ملاءمة لاستشعار التكوين عارية تظاهر هنا، ولكن أقل أهمية بكثير لأجهزة الاستشعار الموجودة في الشعيرات الدموية.

على عكس أجهزة الاستشعار التقليدية، وDTS لا يمكن شراؤها مع الأوراق تتبع إلى المعايرة القياسية المعترف بها مثل نيست (المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا). والمعايرة في الوضع الطبيعي اللازمة، ويفضل أن يكون مع قسم اختبار متساوي الحرارة، والتي قد يكون من الصعب في بعض التطبيقات. الاهتزاز هو محل اهتمام خاص من الألياف عارية موتر عبر قسم اختبار كبير. لقد حققنا نجاحا مختلطة مع مجموعة الموجهة رأسيا يمتد المحور الطويل للدبابات على طول الجزء من 1.7 متر. والتكوين مع 28 متر من الألياف و 16 قطاعات أداء جيدا خلال دراسة واحدة ^18، ولكن يحاول توسيع نطاقه ليشمل 53 م مع 29 قطاعات وناجحة ^16.

بشكل عام، يمكن أن يكون إشارة انخفض الضوضاء ولأي مدة أجهزة الاستشعار والتكوين عن طريق زيادة طول سبر التي يكون للبرنامج المحقق بحساب التحول إشارة رايلي، ولكن هذا يقلل من القرار المكانية فعال. كل تطبيق مسنشوئها يجب ضرب التوازن الخاص بها بين الضوضاء إشارة والقرار المكانية. مرة أخرى، هذه الصعوبات يمكن تجنبها إلى حد كبير تأوي أجهزة الاستشعار في الشعرية على حساب مدد زمن الاستجابة الحرارية.

تتطلب هذه التقنية لقياس درجة الحرارة جديدة نسبيا تنمية للحد من التعرض للاهتزاز. وسيكون جزء كبير من هذا العمل ينطوي بالضرورة على الأجهزة المحقق والبرمجيات. أجهزة الاستشعار أنفسهم ويمكن أيضا أن تحسن للحد من الحساسية للمناولة والرطوبة التغييرات، التي تتأثر الطلاء الألياف. ويمكن أن تركز العمل على تطوير الطلاء متفوقة على بوليميد والألياف المغلفة اكريليت حاليا متاحة تجاريا.

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