Волоконно-оптические датчики температуры INNO ,Системы контроля температуры.
Распределенное акустическое зондирование (ДАС) инновационный метод мониторинга, основанный на технологии волоконно-оптического зондирования. Система DAS использует оптическое волокно в качестве чувствительной среды и анализирует обратно рассеянный рэлеевский сигнал рассеяния световых импульсов при их распространении в волокне, Обеспечение непрерывного мониторинга акустических сигналов в режиме реального времени в окружающей среде волокна. По сравнению с традиционными акустическими датчиками, Системы DAS обладают уникальными преимуществами, такими как широкое покрытие, высокая чувствительность, и высокая производительность в режиме реального времени. Они все более широко используются в таких областях, как мониторинг нефте- и газопроводов, Охрана периметра, Безопасность на железнодорожном транспорт, и мониторинг землетрясений. В этой статье мы подробно остановимся на основных принципах, Основные технические параметры, и типичную область применения системы DAS в деталях.
Основные принципы
Основной принцип системы DAS заключается в использовании оптических волокон в качестве распределенных датчиков, Анализ обратного рассеяния световых импульсов при распространении в оптических волокнах, и извлекать акустическую информацию об окружающей среде оптических волокон. Основной рабочий процесс можно резюмировать следующим этапам:
Оптическое импульсное излучение: Импульсный лазер в системе излучает узкую ширину импульса, мощные оптические импульсы к волокну на определенной частоте.
Рэлеевское рассеяние: При распространении световых импульсов в оптических волокнах, на них влияют колебания плотности волокнистого материала, что приводит к эффектам рэлеевского рассеяния. Когда оптические волокна нарушаются звуковыми волнами, изменится фаза рассеянного света.
Обнаружение обратного рассеянного света: Часть рассеянного света вернется по первоначальному пути, быть принятым фотоприемником, и преобразуется в электрический сигнал.
Анализ во временной области: На основе скорости света и времени излучения импульса, Можно определить положение волокна, соответствующее рассеянному свету. С помощью анализа во временной области, Достижение пространственного позиционирования вдоль оптического волокна.
Когерентная демодуляция: Обратно рассеянный фотоэлектрический сигнал содержит информацию о фазовом изменении, вызванном звуковыми волнами. Использование технологии когерентной демодуляции для извлечения фазового перехода, связанного со звуковыми волнами.
Анализ в частотной области: Выполнение преобразования Фурье на сигнале фазового перехода, полученном в результате демодуляции, для получения информации об акустическом частотном спектре в различных положениях.
С помощью вышеуказанных шагов, Система DAS компании Huaguang Tianrui может обеспечить непрерывное и распределенное извлечение и анализ акустических сигналов вдоль волоконно-оптического тракта. Тем сильнее акустическое возмущение на волокне, тем больше фазовый переход рассеянного света, и чем больше амплитуда демодулированного сигнала. Следовательно, путем анализа амплитудно-частотных характеристик демодулированного сигнала, Можно обнаружить и локализовать звук вокруг оптоволоконной среды.
Основные технические параметры
Показатели эффективности системы DAS в основном включают следующие аспекты:
Пространственное разрешение: Минимальное расстояние между позициями источника звука, которое может различать система, обычно в пределах 1-10 Метров. Высокое пространственное разрешение означает более точную локализацию источника звука.
Чувствительность: характеризует минимальный уровень звукового давления, который может обнаружить система. Высокая чувствительность означает способность улавливать слабые звуковые сигналы. Типичная система SR-DAS имеет чувствительность до -180 дБ и весит 20 μ Па.
Диапазон частотных характеристик: Диапазон частот звуковых волн, которые может обнаружить система DAS. Типичный диапазон частотных характеристик составляет 1 Гц-10 кГц, которые могут удовлетворить большинство потребностей в звуковом мониторинге.
Расстояние измерения: Длина оптоволоконного зондирования, которую может покрыть одна система DAS.. Типичное расстояние измерения может достигать 10-50 Километров, Соответствие требованиям распределенного мониторинга на большие расстояния.
Частота дискретизации: характеризует количество точек регистрации акустических сигналов в единицу времени. Высокая частота дискретизации означает более высокое временное разрешение и точность восстановления сигнала. Типичная частота дискретизации может достигать 1-100 кГц.
Точность позиционирования: характеризует диапазон погрешности измерения положения источника звука. Высокая точность позиционирования имеет решающее значение для точной идентификации источников звука. Типичная точность позиционирования может достигать ± 1-5 Метров.
В дополнение к вышеперечисленным техническим индикаторам, Надежность, устойчивость, производительность в режиме реального времени, и другие факторы системы DAS также являются важными аспектами для оценки ее эффективности. В настоящее время основное внимание в исследованиях уделяется постоянному улучшению комплексных характеристик систем DAS за счет оптимизации оптической конструкции, Алгоритмы обработки сигналов, и так далее.
Application scope of распределенный волоконно-оптический DAS system
(1) Кабельные траншеи/нефте- и газопроводы для контроля внешних разрывов
С помощью оптоволоконной технологии измерения вибрации, когда внешние силы, такие как экскаваторы, вибрируют рядом с кабельными траншеями/нефте- и газопроводами с чувствительными волокнами, DAS может обеспечить раннее предупреждение и информировать о месте аварийного события.
(2) Мониторинг процесса акустической вибрации ГРП газа в нефти и сланцах
Обсадная труба нефтяной скважины может протекать, и под землей может быть расслоение нефти и воды и другие геологические структурные изменения. Путем прокладки чувствительных оптических кабелей вдоль обсадной колонны в нефтяной скважине, DAS может контролировать вибрацию звуковой волны в любой точке под землей в режиме реального времени.
(3) Мониторинг утечек трубопроводов и безопасность окружающей среды
Будь то нефтепроводы или газопроводы, Когда есть утечка, мало того, что изменения температуры сопровождаются изменениями вибрации, но система DAS может служить устройством защиты безопасности и оповещения вокруг трубопровода.
(4) Мониторинг высокоскоростных железных дорог, Корабли, и аэропорты
Оптические волокна, расположенные вдоль высокоскоростной железной дороги, могут определять рабочее состояние высокоскоростной железной дороги, и с помощью распределенного акустического зондирования, Можно понять статус работы пути и поезда; Оптоволоконные кабели могут быть проложены за пределами аэропорта для обнаружения взлета и посадки самолета в режиме реального времени, и отслеживать вторжения в систему безопасности вокруг аэропорта. (5) Охрана периметра и предотвращение вторжения на линию границы
Система DAS может предоставлять данные о вторжении в режиме реального времени и раннее предупреждение при прокладке оптических кабелей на национальных границах или в ситуациях, когда требуется мониторинг предотвращения вторжения.
