Distribuirani senzor optičkih vlakana: Revolucionarno praćenje u svim industrijama

Distribuirani senzori optičkih vlakana (DFOS) je transformativna tehnologija koja koristi optička vlakna kao senzore za mjerenje različitih parametara duž cijele njihove duljine. Za razliku od tradicionalnih točkastih senzora koji omogućuju mjerenja na diskretnim lokacijama, DFOS sustavi nude kontinuirano, Praćenje u stvarnom vremenu na velikim udaljenostima, što ih čini idealnim za širok raspon primjena, od praćenja stanja konstrukcije cjevovoda i mostova do praćenja bušotina u naftnim i plinskim bušotinama. Ovaj članak istražuje načela Distribuirani senzor optičkih vlakana, njegove različite tehnologije, i brojne pogodnosti koje nudi.

1. Uvod

Tradicionalne metode senzora često se oslanjaju na diskretne senzore postavljene na određenim točkama, pružanje ograničene prostorne pokrivenosti. Distribuirani senzori optičkih vlakana (DFOS) prevladava ovo ograničenje pretvaranjem cijelog optičkog vlakna u kontinuirani senzor, sposoban za mjerenje parametara poput temperature, naprezanje, i vibracije duž svoje duljine. Ova mogućnost otvara nove mogućnosti za praćenje velikih struktura i raspoređene imovine.

2. Načela DFOS-a

Distribuirana optička vlakna očitavanje oslanja se na interakciju svjetlosti s materijalom optičkih vlakana. Laserski impuls se pokreće u vlakno, i dok putuje, Mali dio svjetlosti raspršuje se natrag prema izvoru zbog različitih fizičkih pojava. Analizom karakteristika ove povratno raspršene svjetlosti, mogu se utvrditi podaci o uvjetima duž vlakna.

Ključna načela:

Optička reflektometrija u vremenskoj domeni (OTDR): Osnovni princip iza mnogih DFOS sustava. OTDR mjere vrijeme potrebno da se povrati povratno raspršeno svjetlo, što je izravno povezano s udaljenošću duž vlakna. Analizom intenziteta i drugih svojstava povratno raspršene svjetlosti u različito vrijeme (i tako, Različite lokacije), može se dobiti profil izmjerenog parametra.
Mehanizmi raspršenja: Različiti mehanizmi raspršenja koriste se za različite vrste DFOS-a:
- Rayleighovo raspršenje: Uzrokovano mikroskopskim varijacijama u gustoća i sastav vlakana. Koristi se za distribuirano akustično očitavanje (DAS) i neke raspodijeljena temperatura očitavanje (DTS) sustavi.
- Brillouinovo raspršenje: Uzrokovano interakcijom svjetlosti s akustičnim valovima u vlaknima. Koristi se za raspodijeljena temperatura i senzor naprezanja (DTSS).
- Ramanovo raspršenje: Uzrokovano interakcijom svjetlosti s molekularnim vibracije u vlaknima. Koristi se za raspodijeljena temperatura očitavanje (DTS).

3. DFOS tehnologije

Dostupno je nekoliko DFOS tehnologija, svaki sa svojim snagama i primjenama:

Distribuirani senzor temperature (DTS): Mjeri temperaturu duž vlakana. DTS sustavi obično koriste Ramanovo raspršenje ili Rayleighovo raspršenje.
Distribuirani akustični senzor (DAS): Mjeri akustične vibracije i promjene deformacije duž vlakno. DAS sustavi obično koriste Rayleighovo raspršenje.
Raspoređena temperatura i naprezanje Očitavanje (DTSS): Mjeri i temperaturu i naprezanje duž vlakna. DTSS sustavi obično koriste Brillouinovo raspršenje.
Distribuirani senzor naprezanja (DSS): Mjeri samo naprezanje duž vlakna.
Kemijsko očitavanje: Neki specijalizirani DFOS sustavi mogu otkriti prisutnost specifičnih kemikalija duž vlakana.

4. Prednosti DFOS-a

Distribuirani senzori optičkih vlakana nudi nekoliko ključnih prednosti:

Kontinuiran, Praćenje u stvarnom vremenu: Omogućuje mjerenja duž cijele duljine vlakna, za razliku od točkastih senzora.
Pokrivenost na velike udaljenosti: Može pratiti udaljenosti od desetaka ili čak stotina kilometara s jednim sustavom.
Visoka prostorna razlučivost: Može detektirati promjene na vrlo kratkim udaljenostima (do centimetara u nekim slučajeva).
Otpornost na elektromagnetske smetnje (EMI): Optička vlakna su imuni na EMI, što DFOS čini prikladnim za upotrebu u teškim uvjetima.
Intrinzična sigurnost: Optički senzori ne provodite struju, što ih čini sigurnima za upotrebu na opasnim mjestima.
Trajnost i dugovječnost: Optička vlakna otporna su na koroziju i mogu izdržati oštre Uvjeti okoliša.
Mogućnost multipleksiranja: Singl vlakna se mogu koristiti za mjerenje više parametara (npr., Temperatura i naprezanje).
Isplativost: Za opsežno praćenje, DFOS može biti isplativiji od postavljanja brojnih točkastih senzora.

5. Aplikacija

Distribuirani senzori optičkih vlakana koristi se u širokom rasponu primjena:

Nadzor cjevovoda: Otkrivanje curenja, Kretanje tla, i upad treće strane.
Praćenje zdravlja konstrukcije (SHM): Praćenje naprezanja, temperatura, i vibracije u mostovima, Brana, tunela, i zgrade.
Nafta i plin: Nadzor bušotina u bušotinama (temperatura, pritisak, teći), Nadzor cjevovoda, i nadzor rezervoara.
Nadzor kabela za napajanje: Otkrivanje vruće točke i kvarovi u visokonaponskim energetskim kabelima.
Sigurnost perimetra: Otkrivanje upada uz ograde i granice.
Nadzor željeznice: Otkrivanje nedostataka na kolosijeku, kretanje vlakova, i odroni stijena.
Rudarstvo: Praćenje stabilnosti tla i kretanja padina.
Nadziranje okoliša: Mjerenje temperaturnih profila u rijekama, jezera, i oceani.

6. Koristima

Prednosti provedbe Distribuirani senzor optičkih vlakana Rješenja uključuju:

Poboljšana sigurnost: Rano otkrivanje potencijalnih opasnosti.
Smanjen Troškovi održavanja: Prediktivni održavanje.
Produžen Životni vijek imovine: Proaktivno praćenje.
Optimizirane performanse: Podaci u stvarnom vremenu.
Poboljšana pouzdanost: Smanjeni kvarovi.
Donošenje odluka na temelju podataka: Vrijedni uvidi.

7. Često postavljana pitanja (FAQ)

Što je Distribuirani senzor optičkih vlakana?

Distribuirani senzori optičkih vlakana (DFOS) je tehnologija koja koristi optička vlakna kao senzore za mjerenje parametara poput temperature, naprezanje, i vibracije kontinuirano duž cijele dužine.

Što je Senzor distribuiranih optičkih vlakana?

A Senzor distribuiranih optičkih vlakana je optičko vlakno koje djeluje kao kontinuirani senzor, pružanje mjerenja duž cijele duljine, a ne na diskretnim točkama.

Što su vlakna optički distribuirani senzor temperature?

Optički distribuirani senzor temperature (DTS) je vrsta DFOS-a koji koristi optičko vlakno za kontinuirano mjerenje temperature duž svoje duljine, često koristeći Ramanovo ili Rayleighovo raspršenje.

Što je distribuirani senzor?

Distribuirano očitavanje odnosi se na tehniku senzora u kojoj mjerenja se vrše kontinuirano duž senzora, a ne na diskretnim točkama. Optička vlakna obično se koriste za distribuirano očitavanje.

Kako funkcionira distribuirani akustični senzor?

Distribuirani akustični senzor (DAS) koristi Rayleigh raspršenje u optičkom vlaknu. Laserski impuls se šalje niz vlakno, a sitne nesavršenosti unutar vlakana uzrokuju da se mala količina svjetlosti reflektira natrag (povratno raspršenje). Kada akustični valovi ili vibracije stupaju u interakciju s vlaknima, uzrokuju sitne promjene u indeksu loma vlakana. Ove promjene utječu na povratno raspršenu svjetlost. Analizom faze, frekvencija, i amplitudu povratno raspršene svjetlosti, DAS sustavi mogu detektirati i locirati akustične događanja duž vlakna.

8. Zaključak

Distribuirani senzori optičkih vlakana (DFOS) moćna tehnologija koja mijenja način na koji nadziremo infrastrukturu, Industrijski procesi, i okoliš. Njegova sposobnost pružanja kontinuiranog, Real-time mjerenja na velikim udaljenostima, u kombinaciji s inherentnim prednostima u teškim uvjetima, čini DFOS vrijednim alatom za širok raspon primjena. Kako se tehnologija nastavlja razvijati, možemo očekivati još veće mogućnosti i šire usvajanje u različitim industrijama.

Senzor temperature od optičkih vlakana, Inteligentni sustav nadzora, Distribuirani proizvođač optičkih vlakana u Kini