Baybora Atav / SAMM Teknoloji Marketing Manager

Soner Mülayim / Ar-Ge Mühendisi

Özet

Dağıtık Sıcaklık Algılama (DTS) sistemleri, optik fiberleri sensör olarak kullanarak uzun mesafelerde yüksek çözünürlüklü sıcaklık ölçümü sağlar. Buna karşılık, Dağıtık Sıcaklık Gradyan Algılama (DTGS) sistemleri, sıcaklık değişim hızını (∂T/∂z veya ∂T/∂t) izleyerek ısıl davranış sapmalarını yüksek hassasiyetle tespit eder. Bu çalışmada DTS ve DTGS teknolojilerinin temel prensipleri, aralarındaki farklar ve yerli mühendislik ürünü FOTAS sisteminde bu teknolojilerin ayrı ayrı kullanımı incelenmiştir. Raman saçılması tabanlı DTS ölçümleri ve phase-DAS temelli DTGS ölçümleri birlikte sahada bulunabilmektedir.

1. Giriş

Klasik sensör sistemleri, yalnızca olay gerçekleştikten sonra tepki veren noktasal dedektörlerden oluşur. Oysa DTS sistemleri, fiber hattı boyunca sürekli sıcaklık ölçümü yaparak yangın, enerji kaybı veya kablo aşırı ısınması gibi olayların öncesinde ısıl davranıştaki değişimleri algılayabilir [Ukil, 2012]. Bu yaklaşım, yalnızca sensör değişimi değil, algılama paradigmasında bir dönüşümü temsil eder.
DTGS teknolojisi ise DTS’in devamı değil, tamamlayıcısıdır. DTS’in mutlak sıcaklık verisini, DTGS’in yüksek hassasiyetli gradyan ölçümüyle birleştiren füzyon yöntemleri (eDTS) endüstride giderek yaygınlaşmaktadır [Lauber & Lees, 2021].

2. DTS Sistemlerinin Optik Prensipleri

DTS sistemleri Raman saçılması prensibine dayanır. Fiber çekirdeğine gönderilen kısa optik darbeler, malzeme içindeki moleküler titreşimlerle etkileşerek geri saçılır. Bu geri saçılan ışık, Stokes ve Anti-Stokes bileşenlerinden oluşur. Anti-Stokes bileşeninin yoğunluğu sıcaklığa bağlıdır ve bu oran üzerinden sıcaklık hesaplanır [Ukil, 2012; Lillo, 2022].
Sıcaklık hesaplaması şu şekilde ifade edilir:

T(z)=γ/(ln((I_S (z))/(I_AS (z) ))+C-Δα⋅z)

Burada ( I_S ) ve ( I_{AS} ) Stokes ve Anti-Stokes yoğunlukları, ( C ) kalibrasyon sabiti, ( ) diferansiyel zayıflama katsayısı ve ( = ) enerji farkını temsil eder. DTS sistemleri bu oran üzerinden fiber boyunca sıcaklık profilini oluşturur.

3. DTGS (Distributed Temperature Gradient Sensing)

DTGS, Raman tabanlı bir sıcaklık ölçüm yöntemi değildir. Phase-DAS (Distributed Acoustic Sensing) prensibine dayanır ve düşük frekanslı faz değişimlerinden türetilen sıcaklık gradyanlarını ölçer. Fiber üzerindeki faz farkı (( _T )) sıcaklık değişimine şu şekilde orantılıdır [Lauber & Lees, 2021]:

ΔÏ•_T=α⋅ΔT=2π/λ⋅2l_g⋅[dn/dT+n⋅(1/L dL/dT)]⋅ΔT

Burada ( l_g ) gauge uzunluğu, ( n ) kırılma indisi ve ( ) lazer dalga boyudur. DTGS bu sayede milikelvin seviyesinde sıcaklık değişimlerini çözebilir, ancak mutlak sıcaklık ölçümü yapmaz. Bu yüzden DTS ile birlikte çalışması gerekir.

4. DTS ve DTGS’nin Operasyonel İlişkisi (Füzyon Yoktur)

Bu çalışmanın kapsamı yalnızca DTS ve DTGS teknolojilerinin ayrı ayrı kullanımını içermektedir. DTGS, phase-DAS temelli olup mutlak sıcaklık üretmez; milikelvin seviyesinde değişim algılar. DTS ise Raman tabanlı mutlak sıcaklık ölçümü sağlar. Saha operasyonunda iki teknoloji aynı fiber kablo içinde (termal temaslı farklı lifler) bulunabilir; ancak bu dokümanda Kalman filtreli füzyon, eDTS veya benzeri veri birleştirme uygulanmamıştır. Alarm kurguları pratikte şu şekilde ayrıştırılabilir:

DTS: Mutlak sıcaklık eşiklerine dayalı alarm (ör. (T > T_{kritik}), (T) belirli bir pencerede eşiği aşarsa). Yangın ve sıcaklık izleme uygulamaları için kullanılır.

DTGS: Gradyan/derivative tabanlı erken uyarı (ör. (|T/t|) veya (|T/z|) belirli eşiği aşarsa). Sızıntı, kaçak veya basınç değişimi gibi dinamik olayların tespiti için uygundur.

5. Uygulama Alanları

Enerji kablo galerileri: Lokal ısıl gradyan sapmaları erken tespit edilir.

Tüneller: Yangın başlangıç noktaları klasik sensörlerden önce belirlenir.

GES sistemleri: Kablo bağlantı gevşemesi veya termal gerilme kaynaklı ısınmalar izlenir.

Endüstriyel tesisler: Sıvı sızıntısı veya gaz kaçağı gibi anomali kaynaklı ani sıcaklık değişimleri algılanabilir.

DTGS, bu alanlarda DTS’e göre daha hızlı tepki verebilir ancak mutlak sıcaklık üretmediği için füzyon yaklaşımı zorunludur.

6. Yerli Teknoloji Yaklaşımı: FOTAS

Türkiye’de SAMM Teknoloji tarafından geliştirilen FOTAS platformu, Raman-DTS ve phase-DAS tabanlı DTGS altyapılarını ayrı modüller olarak sahaya uygulayabilen yerli bir izleme mimarisi sunmaktadır. Bu doküman kapsamında FOTAS’ın herhangi bir veri füzyonu (eDTS vb.) gerçekleştirdiği iddia edilmemektedir. Mevcut yapıda:
DTS modülü fiber hattı boyunca mutlak sıcaklık profili üretir,
DTGS (DAS) modülü sıcaklık gradyanı/değişimi odaklı anomalileri işaretler,
Alarm ve raporlama katmanında iki modülün çıktıları ayrı ayrı değerlendirilir.
Bu mimari, yerli yazılım ve donanım bileşenleriyle alarm karar süreçlerinde dışa bağımlılığı azaltır ve sahaya uygun esnek kurgulara imkân verir.

7. Sonuç

DTS teknolojisi fiber hattı boyunca mutlak sıcaklık ölçümü sağlarken, DTGS yaklaşımı sıcaklık değişim hızına/gradyanına odaklanır. Bu çalışmada iki teknolojinin ayrı ayrı kullanımı ele alınmış, herhangi bir veri füzyonu (eDTS vb.) iddia edilmemiştir. Türkiye’de yerli imkânlarla geliştirilen FOTAS platformu, DTS ve DTGS modüllerini bağımsız biçimde uygulayarak mühendislik bağımsızlığı ve sahaya uyarlanabilir alarm tasarımları sağlar.

Kaynakça

Ukil, A., Brändle, H., Krippner, P. (2012). Distributed Temperature Sensing: Review of Technology and Applications. IEEE Sensors Journal.

Lillo, M. (2022). Extension of Duplexed Single-Ended DTS Calibration Algorithms and Their Application in Geothermal Systems. Pontificia Universidad Católica de Chile.

Lauber, T., & Lees, G. (2021). Enhanced Temperature Measurement Performance: Fusing DTS and DAS Results. IEEE Sensors Journal.

SAMM Teknoloji (2024). FOTAS Teknik Raporu ve Optik Algılama Uygulama Notları. İstanbul.