Sensori di temperatura a fibra ottica INNO ,sistemi di monitoraggio della temperatura.
Rilevamento acustico distribuito (DAS) è un metodo di monitoraggio innovativo basato sulla tecnologia di rilevamento in fibra ottica. Il sistema DAS utilizza la fibra ottica come mezzo di rilevamento e analizza il segnale di diffusione Rayleigh retrodiffuso degli impulsi luminosi durante la loro propagazione nella fibra, Ottenere un monitoraggio continuo e in tempo reale dei segnali acustici nell'ambiente circostante la fibra. Rispetto ai sensori acustici tradizionali, I sistemi DAS presentano vantaggi unici come l'ampia copertura, alta sensibilità, e ottime prestazioni in tempo reale. Sono sempre più ampiamente utilizzati in campi come il monitoraggio di oleodotti e gasdotti, Sicurezza perimetrale, Sicurezza ferroviaria, e monitoraggio dei terremoti. Questo articolo approfondirà i principi di base, Parametri tecnici chiave, e l'ambito di applicazione tipico del sistema DAS in dettaglio.
Principi di base
Il principio fondamentale del sistema DAS è quello di utilizzare le fibre ottiche come sensori distribuiti, Analizzare l'effetto di retrodiffusione degli impulsi luminosi durante la propagazione nelle fibre ottiche, ed estrarre informazioni acustiche dell'ambiente circostante delle fibre ottiche. Il processo di lavoro di base può essere riassunto come segue::
Emissione ottica di impulsi: Il laser a impulsi nel sistema emette un'ampiezza di impulso ridotta, impulsi ottici ad alta potenza alla fibra a una certa frequenza.
Dispersione di Rayleigh: Quando gli impulsi luminosi si propagano nelle fibre ottiche, Sono influenzati dalle fluttuazioni di densità del materiale in fibra, con conseguenti effetti di scattering di Rayleigh. Quando le fibre ottiche sono disturbate dalle onde sonore, La fase di luce diffusa cambierà.
Rilevamento della luce diffusa all'indietro: Una parte della luce diffusa tornerà lungo il percorso originale, essere ricevuto dal fotorivelatore, e convertito in un segnale elettrico.
Analisi nel dominio del tempo: In base alla velocità della luce e al tempo di emissione dell'impulso, È possibile determinare la posizione della fibra corrispondente alla luce diffusa. Attraverso l'analisi nel dominio del tempo, Raggiungere il posizionamento spaziale lungo la fibra ottica.
Demodulazione coerente: Il segnale fotoelettrico retrodiffuso contiene informazioni sul cambiamento di fase causato dalle onde sonore. Utilizzo della tecnologia di demodulazione coerente per estrarre il cambiamento di fase correlato alle onde sonore.
Analisi nel dominio della frequenza: Eseguire la trasformata di Fourier sul segnale di cambiamento di fase ottenuto dalla demodulazione per ottenere informazioni sullo spettro di frequenza acustica in diverse posizioni.
Attraverso i passaggi precedenti, Il sistema DAS di Huaguang Tianrui è in grado di ottenere l'estrazione e l'analisi continua e distribuita dei segnali acustici lungo il percorso della fibra ottica. Più forte è il disturbo acustico sulla fibra, maggiore è il cambiamento di fase della luce diffusa, e maggiore è l'ampiezza del segnale demodulato. Pertanto, analizzando le caratteristiche di ampiezza e frequenza del segnale demodulato, È possibile rilevare e localizzare il suono nell'ambiente in fibra ottica.
Parametri tecnici chiave
Gli indicatori di performance del sistema DAS comprendono principalmente i seguenti aspetti:
Risoluzione spaziale: La distanza minima tra le posizioni della sorgente sonora che il sistema è in grado di distinguere, di solito nell'intervallo di 1-10 Metri. Un'elevata risoluzione spaziale significa una capacità di localizzazione più precisa della sorgente sonora.
Sensibilità: caratterizza il livello minimo di pressione sonora che il sistema è in grado di rilevare. Un'elevata sensibilità significa essere in grado di catturare segnali sonori deboli. Un tipico sistema SR-DAS ha una sensibilità fino a -180 dB e pesa 20 μ Pa.
Gamma di risposta in frequenza: La gamma di frequenza delle onde sonore che il sistema DAS è in grado di rilevare. La gamma tipica di risposta in frequenza è 1Hz-10kHz, che può coprire la maggior parte delle esigenze di monitoraggio del suono.
Distanza di misurazione: La lunghezza del rilevamento in fibra ottica che un singolo sistema DAS può coprire. La distanza di misurazione tipica può raggiungere 10-50 Chilometri, soddisfare i requisiti del monitoraggio distribuito a lunga distanza.
Frequenza di campionamento: caratterizza il numero di punti di acquisizione dei segnali acustici per unità di tempo. Un'elevata frequenza di campionamento significa una maggiore risoluzione temporale e precisione di ripristino del segnale. La frequenza di campionamento tipica può raggiungere 1-100 kHz.
Precisione di posizionamento: Caratterizza l'intervallo di errore della misurazione della posizione della sorgente sonora. Un'elevata precisione di posizionamento è fondamentale per identificare con precisione le sorgenti sonore. La precisione di posizionamento tipica può raggiungere ± 1-5 Metri.
Oltre agli indicatori tecnici di cui sopra, L'affidabilità, stabilità, prestazioni in tempo reale, e altri fattori del sistema DAS sono anch'essi aspetti importanti per valutarne le prestazioni. L'attuale obiettivo della ricerca è quello di migliorare continuamente le prestazioni complete dei sistemi DAS ottimizzando la progettazione ottica, Algoritmi di elaborazione del segnale, and so on.
Ambito di applicazione del sistema DAS distribuito in fibra ottica
(1) Monitoraggio anti-rottura esterna di cavidotti/oleodotti e gasdotti
Grazie alla tecnologia di rilevamento delle vibrazioni in fibra ottica, quando forze esterne come gli escavatori vibrano vicino a trincee di cavi/oleodotti e gasdotti con fibre di rilevamento, Il DAS può fornire un allarme precoce e informare della posizione dell'evento di allarme.
(2) Monitoraggio del processo di vibrazione acustica di fratturazione della pressione del gas nel petrolio e nello scisto
L'involucro del pozzo dell'olio potrebbe perdere, e ci possono essere stratificazione olio-acqua e altri cambiamenti strutturali geologici nel sottosuolo. Posando cavi ottici di rilevamento lungo l'involucro nel pozzo petrolifero, DAS è in grado di monitorare in tempo reale la vibrazione dell'onda sonora in qualsiasi posizione sotterranea.
(3) Monitoraggio delle perdite delle tubazioni e sicurezza circostante
Che si tratti di oleodotti o gasdotti, quando c'è una perdita, Non solo le variazioni di temperatura sono accompagnate da variazioni di vibrazione, ma il sistema DAS può fungere da dispositivo di protezione e allarme di sicurezza intorno alla tubazione.
(4) Monitoraggio del settore ferroviario ad alta velocità, navi, e aeroporti
Le fibre ottiche disposte lungo la rotaia ad alta velocità possono rilevare lo stato di funzionamento della ferrovia ad alta velocità, e attraverso il rilevamento acustico distribuito, Lo stato di esercizio del binario e del treno può essere compreso; I cavi in fibra ottica possono essere posati all'esterno dell'aeroporto per rilevare il decollo e l'atterraggio degli aerei in tempo reale, e monitorare le intrusioni di sicurezza intorno all'aeroporto. (5) Monitoraggio della sicurezza perimetrale e prevenzione delle intrusioni sulle linee di confine
Il sistema DAS è in grado di fornire dati sulle intrusioni in tempo reale e di allertare tempestivamente quando si installano cavi ottici ai confini nazionali o in situazioni in cui è richiesto il monitoraggio della prevenzione delle intrusioni.
