محلل بريلوين البصري في المجال الزمني (BOTDA): تقنية متقدمة لخدمة البنية التحتية في الإمارات

في ظل التطور المتسارع والنهضة العمرانية والصناعية التي تشهدها دولة الإمارات العربية المتحدة، تزداد الحاجة إلى تقنيات متقدمة لضمان سلامة واستدامة البنى التحتية الحيوية. يبرز محلل بريلوين البصري في المجال الزمني (Brillouin Optical Time Domain Analyzer – BOTDA) كأحد أبرز هذه التقنيات، حيث يوفر حلاً فعالاً للمراقبة الموزعة والمستمرة للإجهاد الميكانيكي (Strain) ودرجة الحرارة على طول الألياف البصرية الممتدة لمسافات طويلة.

ما هو محلل BOTDA وكيف يعمل؟

تعتمد تقنية BOTDA على ظاهرة فيزيائية تُعرف باسم “تشتت بريلوين” (Brillouin Scattering) داخل الألياف البصرية. عند إرسال نبضات ليزرية (موجة الضخ) عبر الليف البصري، يتفاعل الضوء مع الموجات الصوتية داخل مادة الزجاج، مما يؤدي إلى تشتت جزء ضئيل من الضوء في الاتجاه المعاكس (الضوء المتشتت).

الميزة الأساسية لتشتت بريلوين هي أن تردد الضوء المتشتت يختلف قليلاً عن تردد الضوء الأصلي، وهذا الاختلاف في التردد (يُسمى إزاحة تردد بريلوين) يتأثر بشكل مباشر بـ:

• الإجهاد الميكانيكي (الشد أو الضغط) المطبق على الليف البصري.
• درجة حرارة الليف البصري.

يعمل نظام BOTDA عن طريق إرسال موجة ضخ نبضية من أحد طرفي الليف وموجة مسبار مستمرة من الطرف الآخر. من خلال تحليل التفاعل بين هاتين الموجتين على طول الليف وقياس زمن عودة الإشارة، يمكن للنظام تحديد قيمة إزاحة تردد بريلوين بدقة عند كل نقطة على طول الليف، وبالتالي حساب قيم الإجهاد أو درجة الحرارة بشكل موزع ومستمر.

المزايا الرئيسية لتقنية BOTDA

• قياس موزع: القدرة على مراقبة الإجهاد ودرجة الحرارة على طول مسارات تمتد لكيلومترات عديدة باستخدام ليف بصري واحد كحساس.
• دقة مكانية عالية: إمكانية تحديد موقع التغيرات في الإجهاد أو الحرارة بدقة تصل إلى متر واحد أو أقل.
• دقة قياس جيدة: توفير قياسات دقيقة للتغيرات في الإجهاد (بمستوى الميكروسترين) ودرجة الحرارة (بمستوى درجة مئوية واحدة أو أقل).
• حصانة ضد التداخل الكهرومغناطيسي (EMI): الألياف البصرية لا تتأثر بالمجالات الكهربائية أو المغناطيسية، مما يجعلها مثالية للبيئات الصناعية والكهربائية.
• ملاءمة للبيئات القاسية: يمكن حماية الألياف البصرية بكابلات خاصة لتحمل الظروف البيئية الصعبة.

تطبيقات BOTDA الواعدة في دولة الإمارات العربية المتحدة

نظراً للخصائص الفريدة لتقنية BOTDA والمشاريع العملاقة التي تزخر بها دولة الإمارات، فإن لهذه التقنية تطبيقات واسعة ومهمة، تشمل:

• مراقبة صحة الهياكل (Structural Health Monitoring – SHM):
  • مراقبة الإجهادات والتشوهات في ناطحات السحاب والأبراج الشاهقة المنتشرة في دبي وأبوظبي.
  • مراقبة سلامة الجسور المعلقة والطرق السريعة الحيوية.
  • تقييم حالة الأنفاق (مثل أنفاق مترو دبي) والسدود.
  • مراقبة الهياكل في الجزر الاصطناعية والمشاريع البحرية.
• مراقبة خطوط الأنابيب (النفط والغاز والمياه):
  • الكشف المبكر عن التسربات من خلال رصد التغيرات في درجة الحرارة أو الإجهاد.
  • رصد حركة التربة أو الانزلاقات الأرضية التي قد تؤثر على سلامة الأنابيب المدفونة.
  • مراقبة الإجهادات الناتجة عن الضغط الداخلي أو التغيرات الحرارية.
• مراقبة كابلات الطاقة:
  • تحديد النقاط الساخنة (Hotspots) في الكابلات الكهربائية المدفونة أو الممدودة تحت الماء.
  • مراقبة الإجهاد الميكانيكي على الكابلات لضمان سلامتها التشغيلية.
• المراقبة الجيوتقنية:
  • رصد استقرار المنحدرات والتربة حول المشاريع الإنشائية الكبرى.
  • مراقبة هبوط التربة في المناطق الحضرية أو المستصلحة.

الخلاصة

يمثل محلل بريلوين البصري في المجال الزمني (BOTDA) أداة مراقبة قوية ومتعددة الاستخدامات، تتناسب تماماً مع متطلبات البنية التحتية المتقدمة والمتنامية في دولة الإمارات العربية المتحدة. من خلال توفير بيانات دقيقة ومستمرة حول الإجهاد ودرجة الحرارة لمسافات طويلة، تساهم تقنية BOTDA بشكل كبير في تعزيز السلامة الإنشائية، وتحسين عمليات الصيانة، وإطالة العمر الافتراضي للأصول الحيوية في قطاعات البناء والتشييد، والنفط والغاز، والطاقة، والنقل، مما يدعم رؤية الإمارات نحو مستقبل مستدام وآمن.

ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് താപനില സെൻസർ, ഇൻ്റലിജൻ്റ് മോണിറ്ററിംഗ് സിസ്റ്റം, ചൈനയിൽ വിതരണം ചെയ്ത ഫൈബർ ഒപ്റ്റിക് നിർമ്മാതാവ്