Name: fiber optic distributed sensors for high-resolution temperature field mapping
Uploaded: 2016-11-07T12:30:00
Duration: 9 min 48 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping at JoVE.com

The authors thank Tyler Gorney and Aida Rahim at Luna Innovations for their invaluable technical insight and assistance with our application.
The submitted manuscript has been created by UChicago Argonne, LLC, Operator of Argonne National Laboratory ("Argonne"). Argonne, a U.S. Department of Energy Office of Science laboratory, is operated under Contract No. DE-AC02-06CH11357. This work was supported by the U.S. Department of Energy, Office of Nuclear Energy.

<ol>
	<li>Raffel, M., Willert, C., Wereley, S., Kompenhans, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Particle Image Velocimetry. , (2007).</li><li>Adrian, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Twenty+years+of+particle+image+velocimetry.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Thermal+characterization+of+a+flashing+jet+by+planar+laser-induced+fluorescence.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Investigation+of+flow+and+temperature+patterns+in+direct+condensation+using+PIV,+PLIF+and+CFD.">Investigation of flow and temperature patterns in direct condensation using PIV, PLIF and CFD.</a> Chem. Eng. Sci. 65, 4606-4620 (2010).</li><li>Ju&#353;kaitis, R., Mamedov, A. M., Potapov, V. T., Shatalin, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+interferometric+fiber+sensor+system.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Swept-wavelength+interferometric+interrogation+of+fiber+Rayleigh+scatter+for+distributed+sensing.">Swept-wavelength interferometric interrogation of fiber Rayleigh scatter for distributed sensing.</a> Proc. SPIE. 6770, (2007).</li><li>Kreger, S., Gifford, D., Froggatt, M., Soller, B., Wolfe, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+resolution+distributed+strain+or+temperature+measurements+in+single-+and+multi-mode+fiber+using+swept-wavelength+interferometry.">High resolution distributed strain or temperature measurements in single- and multi-mode fiber using swept-wavelength interferometry.</a> Optical Fiber Sensors. 2006, (2006).</li><li>Bersan, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+a+high+resolution+distributed+temperature+sensor+in+a+physical+model+reproducing+subsurface+water+flow.">Application of a high resolution distributed temperature sensor in a physical model reproducing subsurface water flow.</a> Measurement. , (2015).</li><li>Bao, X., Chen, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+progress+in+distributed+fiber+optic+sensors.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+temperature+sensing:+review+of+technology+and+applications.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-spatial-resolution+distributed+vibration+measurement+using+time-resolved+optical+frequency-domain+reflectometry.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+study+on+humidity+sensing+using+a+FBG+sensor+with+polyimide+coating.">Experimental study on humidity sensing using a FBG sensor with polyimide coating.</a> SPIE-Int Soc Opt. Eng. 7990, (2011).</li><li>Palmieri, L., Schenato, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Distributed+optical+fiber+sensing+based+on+Rayleigh+Scattering.">Distributed optical fiber sensing based on Rayleigh Scattering.</a> Open Optics J. 7 (1), 104-127 (2013).</li><li>Bhargava, P., Chuang, C. K., Chen, K., Zehnder, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Moisture+diffusion+properties+of+HFPE-II-52+polyimide.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+distributed+fiber+optic+sensors+for+flow+field+temperature+mapping.">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. , 8 (2014).</li><li>Lomperski, S., Bremer, N., Gerardi, C., Lisowski, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Performance+assessment+of+a+50+m-long+fiber+optic+distributed+temperature+sensor+in+a+fluid+dynamics+experiment.">Performance assessment of a 50 m-long fiber optic distributed temperature sensor in a fluid dynamics experiment.</a> , (2016).</li><li>. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Fusion Splicer 70S Instruction Manual. Fujikura Ltd., 70S_Rev2. , (2013).</li><li>Lomperski, S., Gerardi, C., Pointer, W. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber+optic+distributed+temperature+sensor+mapping+of+a+jet+mixing+flow+field.">Fiber optic distributed temperature sensor mapping of a jet mixing flow field.</a> Exp. Fluids. 56, 16 (2015).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

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.

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 &quot;المحقق&quot;. 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.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="611">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="190">
			<td height="190" style="height:190px;width:139px;">Sensor interrogator</td>
			<td style="width:155px;">Luna Inc.</td>
			<td style="width:147px;">ODiSI-A and -B</td>
			<td style="width:172px;">The two systems differ primarily in speed and spatial resolution</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:139px;">Fusion splicer</td>
			<td style="width:155px;">Fujikura</td>
			<td style="width:147px;">70S</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">Cleaver</td>
			<td style="width:155px;">Fujikura</td>
			<td style="width:147px;">CT-3A</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:139px;">3-hole jacket stripper</td>
			<td rowspan="2" style="width:155px;">Fiber Instrument Sales</td>
			<td rowspan="2" style="width:147px;">F11301T</td>
			<td rowspan="2" style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">jacket stripper</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:139px;">Optical fibers</td>
			<td style="width:155px;">OFS, Specialty Photonics Division</td>
			<td style="width:147px;">BF06160-02</td>
			<td style="width:172px;">Polyimide coating</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:139px;">Optical fibers</td>
			<td style="width:155px;">Newport Corp.</td>
			<td style="width:147px;">F-SM1500-4.2/50</td>
			<td style="width:172px;">Acrylate coating</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:139px;">Connector</td>
			<td style="width:155px;">AFL Global</td>
			<td style="width:147px;">FUSE-LC-9U-SMA-6</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:139px;">Termination fiber</td>
			<td style="width:155px;">OFS, Specialty Photonics Division</td>
			<td style="width:147px;">552 HPWR 040</td>
			<td style="width:172px;"></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fiber optic distributed sensors for high-resolution temperature field mapping

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.

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 &quot;الخام&quot;، 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 (&gt; 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<html> 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 = &quot;1&quot;&gt; <img alt="شكل 1" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig1.jpg" /> 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig1large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل 2" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig2.jpg" /> 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). <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig2large.jpg" target="_blank">رر</a>تخفيف انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم. <img alt="الشكل (3)" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig3.jpg" /> الشكل 3. DTS تصاعد التكوين. أعلى نظرا خزان تظهر DTS المنسوجة بين الأسلاك الدعم الصلب موتر عبر المحور الطويل للدبابات. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig3large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (4)" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig4.jpg" /> 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig4large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر هذه فاي</a>جوري. <img alt="الرقم 5" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig5.jpg" /> 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig5large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الشكل (6)" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig6.jpg" /> 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<html> فوق طائرة الساخنة. يذكر أن أجهزة الاستشعار وحلقات ذهابا وإيابا بين جدران الخزان. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig6large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الرقم 7" src="/files/ftp_upload/54076/54076fig7.jpg" /> 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig7large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> 54076fig8.jpg &quot;/&gt; 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. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/54076/54076fig8large.jpg" target="_blank">الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.</a> <img alt="الجدول 1" src="/files/ftp_upload/54076/54076table1.jpg" /> الجدول 1. أمر من حجم زمن الاستجابة الحرارية لأنواع الألياف المختارة وتكوينات السكن في التدفق عبر في 1 م / ث و 20 درجة مئوية. <img alt="الجدول 2" src="/files/ftp_upload/54076/54076table2.jpg" /> الجدول 2. حدود درجة حرارة التشغيل التقريبية والحساسيات الرطوبة لتكوينات طلاء المحدد.

Watch this Scientific Journal Video about Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping at JoVE.com

Fiber Optic Distributed Sensors for High-resolution Temperature Field Mapping

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.

الألياف البصرية مجسات الموزعة لعالية الدقة لرسم الخرائط درجة الحرارة الميدان

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

Research

JoVE Journal

Engineering

Development of Whispering Gallery Mode Polymeric Micro-optical Electric Field Sensors

تطوير يهمس معرض البوليمرية وضع مايكرو البصرية مجسات المجال الكهربائي

Optical modes of dielectric micro-cavities have received significant attention in recent years for their potential in a broad range of applications. The ...

High-resolution, High-speed, Three-dimensional Video Imaging with Digital Fringe Projection Techniques

عالية الدقة، والسرعة الفائقة، والتصوير ثلاثي الأبعاد الفيديو مع تقنيات الإسقاط هامش الرقمية

Digital fringe projection (DFP) techniques provide dense 3D measurements of dynamically changing surfaces.&#160;Like the human eyes and brain, DFP uses ...

Construction of a High Resolution Microscope with Conventional and Holographic Optical Trapping Capabilities

بناء مجهر عالي الدقة مع التقليدية والتصوير المجسم قدرات ملائمة بصري

High resolution microscope systems with optical traps allow for precise manipulation of various refractive objects, such as dielectric beads 1 or cellular ...

Detection and Recovery of Palladium, Gold and Cobalt Metals from the Urban Mine Using Novel Sensors/Adsorbents Designated with Nanoscale Wagon-wheel-shaped Pores

كشف واستعادة البلاديوم والذهب والكوبالت المعادن من منجم الحضري عن طريق مجسات رواية / الممتزات مخصصة للمع النانو المسامات على شكل عجلة عربة

Developing low-cost, efficient processes for recovering and recycling palladium, gold and cobalt metals from urban mine remains a significant challenge in ...

High Resolution Phonon-assisted Quasi-resonance Fluorescence Spectroscopy

ارتفاع بمساعدة فونون الدقة شبه الرنين الإسفار الطيفي

High resolution optical spectroscopy methods are demanding in terms of either technology, equipment, complexity, time or a combination of these. Here we ...

High-resolution Thermal Micro-imaging Using Europium Chelate Luminescent Coatings

عالية الدقة الحراري مايكرو التصوير عن طريق اليوروبيوم كلات الفلورسنت الطلاء

Micro-electronic devices often undergo significant self-heating when biased to their typical operating conditions. This paper describes a convenient ...

Nanostructured Ag-zeolite Composites as Luminescence-based Humidity Sensors

المركبات ذات البنية النانومترية حج-الزيوليت كما مجسات الرطوبة أساس التلألؤ،

Small silver clusters confined inside zeolite matrices have recently emerged as a novel type of highly luminescent materials. Their emission has high ...

Method for Recording Broadband High Resolution Emission Spectra of Laboratory Lightning Arcs

طريقة لتسجيل النطاق العريض عالية الدقة الأطياف الانبعاثات من أقواس البرق المختبر

Lightning is one of the most common and destructive forces in nature and has long been studied using spectroscopic techniques, first with traditional ...

Three-Dimensional Ultrasonic Needle Tip Tracking with a Fiber-Optic Ultrasound Receiver

إبرة الموجات فوق الصوتية ثلاثية الأبعاد نصيحة تتبع مع جهاز استقبال الموجات فوق الصوتية الألياف البصرية

Ultrasound is frequently used for guiding minimally invasive procedures, but visualizing medical devices is often challenging with this imaging modality. ...

Hybrid Printing for the Fabrication of Smart Sensors

الهجين الطباعة لتصنيع أجهزة الاستشعار الذكية

A method to combine additively manufactured substrates or foils and multilayer inkjet printing for the fabrication of sensor devices is presented. First, ...