Senzori de temperatură cu fibră optică INNO ,Sisteme de monitorizare a temperaturii.
Detectare acustică distribuită (DAS) este o metodă inovatoare de monitorizare bazată pe tehnologia de detectare cu fibră optică. Sistemul DAS folosește fibra optică ca mediu de detectare și analizează semnalul de împrăștiere Rayleigh retroîmprăștiat al impulsurilor de lumină în timpul propagării lor în fibră, realizarea monitorizării continue și în timp real a semnalelor acustice din mediul înconjurător al fibrei. Comparativ cu senzorii acustici tradiționali, Sistemele DAS au avantaje unice, cum ar fi acoperirea largă, sensibilitate ridicată, și performanță puternică în timp real. Acestea sunt din ce în ce mai utilizate pe scară largă în domenii precum monitorizarea conductelor de petrol și gaze, Securitatea perimetrală, siguranța feroviară, și monitorizarea cutremurelor. Acest articol va detalia principiile de bază, Parametrii tehnici cheie, și domeniul de aplicare tipic al sistemului DAS în detaliu.
Principii de bază
Principiul de bază al sistemului DAS este utilizarea fibrelor optice ca senzori distribuiți, Analizați efectul de retroîmprăștiere al impulsurilor de lumină în timpul propagării în fibre optice, și să extragă informații acustice ale mediului înconjurător ale fibrelor optice. Procesul de lucru de bază poate fi rezumat în următorii pași:
Emisie de impulsuri optice: Laserul cu impulsuri din sistem emite o lățime de impuls îngustă, impulsuri optice de mare putere către fibră la o anumită frecvență.
Împrăștierea Rayleigh: Când impulsurile de lumină se propagă în fibrele optice, Acestea sunt afectate de fluctuațiile de densitate ale materialului fibros, rezultând efecte de împrăștiere Rayleigh. Când fibrele optice sunt perturbate de undele sonore, faza luminii împrăștiate se va schimba.
Detectarea luminii împrăștiate înapoi: O parte din lumina împrăștiată se va întoarce de-a lungul traiectoriei inițiale, să fie recepționat de fotodetector, și transformat într-un semnal electric.
Analiza domeniului de timp: Pe baza vitezei luminii și a timpului de emisie a impulsurilor, Poziția fibrei corespunzătoare luminii împrăștiate poate fi determinată. Prin analiza domeniului timpului, Realizarea poziționării spațiale de-a lungul fibrei optice.
Demodulare coerentă: Semnalul fotoelectric retroîmprăștiat conține informații de schimbare de fază cauzate de undele sonore. Utilizarea tehnologiei de demodulare coerentă pentru a extrage schimbarea de fază legată de undele sonore.
Analiza domeniului de frecvență: Efectuați transformata Fourier pe semnalul de schimbare de fază obținut prin demodulare pentru a obține informații despre spectrul de frecvență acustică în diferite poziții.
Prin pașii de mai sus, Sistemul DAS de la Huaguang Tianrui poate realiza extracția și analiza continuă și distribuită a semnalelor acustice de-a lungul căii fibrei optice. Cu cât este mai puternică perturbarea acustică a fibrei, cu cât este mai mare schimbarea de fază a luminii împrăștiate, și cu cât este mai mare amplitudinea semnalului demodulat. Deci, prin analizarea caracteristicilor de amplitudine și frecvență ale semnalului demodulat, Este posibil să detectați și să localizați sunetul în jurul mediului de fibră optică.
Parametrii tehnici cheie
Indicatorii de performanță ai sistemului DAS includ în principal următoarele aspecte:
Rezoluție spațială: Distanța minimă dintre pozițiile sursei de sunet pe care sistemul o poate distinge, de obicei în intervalul de 1-10 Metri. Rezoluția spațială ridicată înseamnă o capacitate mai precisă de localizare a sursei de sunet.
Sensibilitate: caracterizează nivelul minim de presiune acustică pe care sistemul îl poate detecta. Sensibilitate ridicată înseamnă capacitatea de a capta semnale sonore slabe. Un sistem tipic SR-DAS are o sensibilitate de până la -180 dB și cântărește 20 μ Pa.
Interval de răspuns în frecvență: Gama de frecvență a undelor sonore pe care sistemul DAS o poate detecta. Intervalul tipic de răspuns în frecvență este de 1Hz-10kHz, care poate acoperi majoritatea nevoilor de monitorizare a sunetului.
Distanța de măsurare: Lungimea de detectare prin fibră optică pe care o poate acoperi un singur sistem DAS. Distanța tipică de măsurare poate atinge 10-50 Kilometri, îndeplinirea cerințelor de monitorizare distribuită pe distanțe lungi.
Rata de eșantionare: caracterizează numărul de puncte de achiziție a semnalelor acustice pe unitate de timp. O rată de eșantionare ridicată înseamnă o rezoluție mai mare a timpului și o precizie mai mare a restabilirii semnalului. Rata de eșantionare tipică poate ajunge la 1-100 kHz.
Precizie de poziționare: caracterizează intervalul de eroare al măsurării poziției sursei de sunet. Precizia ridicată de poziționare este crucială pentru identificarea precisă a surselor de sunet. Precizia tipică de poziționare poate ajunge la ± 1-5 Metri.
În plus față de indicatorii tehnici de mai sus, Fiabilitatea, stabilitate, Performanță în timp real, și alți factori ai sistemului DAS sunt, de asemenea, aspecte importante pentru evaluarea performanței acestuia. Obiectivul actual al cercetării este de a îmbunătăți continuu performanța cuprinzătoare a sistemelor DAS prin optimizarea designului optic, algoritmi de procesare a semnalului, etc.
Domeniul de aplicare al sistemului DAS cu fibră optică distribuită
(1) Monitorizarea anti-rupere externă a șanțurilor de cablu/conducte de petrol și gaze
Prin tehnologia de detectare a vibrațiilor cu fibră optică, atunci când forțele externe, cum ar fi excavatoarele, vibrează în apropierea șanțurilor de cabluri/conducte de petrol și gaz cu fibre de detectare, DAS poate oferi avertizare timpurie și poate informa despre locația evenimentului de alarmă.
(2) Monitorizarea procesului de fracturare a presiunii gazelor Vibrații acustice în petrol și șist
Carcasa puțului de petrol se poate scurge, și poate exista stratificare petrol-apă și alte modificări structurale geologice în subteran. Prin așezarea cablurilor optice de detectare de-a lungul carcasei din puțul de petrol, DAS poate monitoriza vibrațiile undelor sonore în orice poziție subterană în timp real.
(3) Monitorizarea scurgerilor de conducte și securitatea înconjurătoare
Fie că este vorba de conducte de petrol sau gaze naturale, când există o scurgere, Nu numai că schimbările de temperatură sunt însoțite de schimbări de vibrații, dar sistemul DAS poate servi ca un dispozitiv de protecție și avertizare de siguranță în jurul conductei.
(4) Monitorizarea transportului feroviar de mare viteză, Navele, și aeroporturi
Fibrele optice dispuse de-a lungul șinei de mare viteză pot detecta starea de funcționare a căii ferate de mare viteză, și prin detectare acustică distribuită, Starea de funcționare a liniei și a trenului poate fi înțeleasă; Cablurile de fibră optică pot fi așezate în afara aeroportului pentru a detecta decolarea și aterizarea aeronavelor în timp real, și monitorizarea intruziunilor de securitate din jurul aeroportului. (5) Monitorizarea securității perimetrale și prevenirea intruziunii la frontieră
Sistemul DAS poate furniza date în timp real despre intruziune și avertizare timpurie atunci când se aranjează cabluri optice la frontierele naționale sau în situații în care este necesară monitorizarea prevenirii efracțiilor.
