Sistema de detección acústica distribuida de fibra óptica DAS-INNO

Definición de detección acústica distribuida de fibra óptica

Sistema de detección acústica distribuida (DAS) Es un dispositivo optoelectrónico de fibra óptica que mide las interacciones acústicas a lo largo del cable sensor de fibra óptica..

La característica única de un sistema de detección acústica distribuida es que proporciona una señal continua. (o distribuidos) Distribución de la temperatura a lo largo del cable de detección, en lugar de en puntos de detección discretos.

Tecnología de detección acústica distribuida

Usualmente, La tecnología DAS utiliza cables de fibra óptica estándar para telecomunicaciones, y los cables de fibra óptica especializados solo se requieren a altas temperaturas (más que 100 ° C). Las fibras sensibles suelen basarse en fibras monomodo., aunque algunas aplicaciones especializadas utilizan fibras sensoras multimodo.

El alcance de un sistema DAS suele ser de hasta 50 km por fibra sensora., y cada unidad de investigación suele tener 1 o 2 Canales que pueden operarse simultáneamente.. Por ejemplo, DAS puede medir hasta 100 km, y las unidades de 2 canales pueden medir 50 km en cualquier dirección.

principio de medición

La unidad de interrogación distribuida del sensor acústico transmite pulsos láser a la fibra óptica.. Cuando este tipo de pulso de luz se propaga a lo largo de la fibra., La interacción dentro de la fibra provoca una reflexión de la luz llamada retrodispersión., que está determinada por una pequeña tensión (o vibración) Eventos dentro de la fibra., que son causados por la energía sonora local. Esta luz retrodispersada se propaga hacia arriba a lo largo de la fibra óptica hasta la unidad de interrogación., donde se muestrea en la frecuencia de Rayleigh. El tiempo requerido para los pulsos láser permite un mapeo preciso de los eventos de retrodispersión en la distancia de la fibra. – Esto se conoce como reflectómetro óptico en el dominio del tiempo..

La mayoría de los sistemas de detección acústica distribuidos en el mercado actual se basan en un principio llamado reflectómetro óptico coherente en el dominio del tiempo. (COTDR).

Resolución espacial y período de muestreo espacial.

La resolución espacial está determinada principalmente por la duración del pulso emitido., y una resolución de 10 m dada por un pulso de 100 ns es un valor típico. La cantidad de luz reflejada es proporcional a la duración del pulso., por lo que existe un equilibrio entre la resolución espacial y el alcance máximo. Para mejorar el alcance máximo, Se espera utilizar pulsos de mayor duración para aumentar el nivel de luz reflejada., pero esto conduce a una mayor resolución espacial. Típicamente, la resolución espacial de la mayoría de los sistemas es 5-10 Metros.

Comparación entre DAS y otros sistemas de detección distribuida de fibra óptica

Hay muchos otros Fibra óptica distribuida Tecnologías de detección que dependen de diferentes mecanismos de dispersión y que pueden usarse para medir otros parámetros..

Los sistemas basados en Brillouin se utilizan comúnmente para medir la tensión y la temperatura distribuidas..
La dispersión de Brillouin es mucho más débil que la dispersión de Rayleigh, por lo que las reflexiones de múltiples pulsos deben sumarse para permitir la medición. Por lo tanto, La frecuencia máxima para medir cambios utilizando la dispersión Brillouin suele ser de varias decenas de Hz., mientras que los sistemas COTDR DAS basados en Rayleigh tienen sensibilidad kHz.

Los sistemas basados en Raman se utilizan comúnmente para medir la temperatura., mientras que los sistemas DTS normalmente se basan en tecnología Raman. La intensidad de la dispersión Raman es incluso menor que la de la dispersión Brillouin., por lo que normalmente se necesita una media de muchos segundos o incluso unos minutos para obtener resultados razonables. Por lo tanto, Los sistemas basados en Raman solo son adecuados para medir temperaturas que cambian lentamente.

Recopilación de datos, Procesamiento de señales, y visualización

Debido a la gran cantidad de datos generados por los sistemas de detección acústica distribuida, Es crucial tener una estrategia para la gestión., Tratamiento, y visualización de datos. Estos sistemas recopilan datos a velocidades superiores 10 Khz hasta 20 puntos de detección. Esto equivale a la velocidad a la que se pueden llenar las unidades de terabytes en unos pocos días..

Usualmente, la unidad de consulta está conectada a la unidad de procesamiento (PC industrial o servidor) que gestiona el almacenamiento y procesamiento de datos. Usualmente, hay un búfer de desplazamiento que se utiliza para almacenar datos sin procesar porque hay muy poco contenido almacenado más allá de este.

La unidad de procesamiento está programada utilizando una serie de algoritmos inteligentes para interpretar datos sin procesar y analizar si coinciden con eventos predefinidos., como eventos de intrusión o fugas de tuberías. El cable sensor de fibra óptica se dividirá en múltiples áreas., donde se seleccionarán algoritmos específicos seleccionados y se asignarán alertas dentro de cada área.

Hay muchas maneras de visualizar estos eventos.. Un enfoque es utilizar software de visualización específico de DTS., como mostrar la ruta de las fibras ópticas basándose en mapas o gráficos del sitio, y si hay eventos, resaltará la ubicación de los eventos y mostrará alarmas. Otro enfoque es integrar la interfaz del software DAS con el sistema SCADA existente., control, o paquetes de software de seguridad. En este caso, el evento destacará el software de las partes involucradas en 3.

Principio de medición DAS:

Agregue un enlace para describir que DAS es un sensor de fibra óptica distribuido basado en dispersión coherente de Rayleigh.. Utiliza la sensibilidad de las fibras ópticas al sonido. (vibración). Cuando las vibraciones externas actúan sobre la fibra óptica sensora., debido al efecto óptico elástico, el índice de refracción y la longitud de la fibra óptica sufrirán ligeros cambios, resultando en un cambio de fase de la señal transmitida dentro de la fibra óptica y un cambio en la intensidad de la luz.

El cambio de fase causado por las ondas sonoras es muy pequeño., por lo que los sistemas DAS suelen utilizar fuentes de luz pulsada altamente coherentes. Se produce interferencia entre las señales de dispersión de Rayleigh dentro del área de ancho de pulso.. Cuando la vibración externa provoca un cambio de fase., la intensidad de la señal coherente de dispersión de Rayleigh en ese punto cambiará. Detectando el cambio de intensidad de la señal de luz de dispersión de Rayleigh antes y después de la vibración. (señal diferencial), Se puede lograr la detección de eventos de vibración., y se pueden localizar con precisión múltiples eventos de vibración simultáneamente.

Ventajas de la tecnología DAS:

Medición distribuida continua de temperatura y vibración sin puntos ciegos de medición

Detección simultánea y localización precisa de múltiples eventos.

La fibra óptica es un sensor que combina transmisión y detección.

60 kilómetros de distancia de medición ultra larga, rica información de medición

Velocidad de respuesta rápida, alarma dentro 1 segundo

Transmisión de señal óptica, completamente aislado eléctricamente, Resistente a las interferencias electromagnéticas

Seguridad intrínseca, Adecuado para funcionamiento a largo plazo en entornos inflamables y explosivos.

Medición estable y confiable con baja tasa de falsas alarmas

Larga vida útil de las fibras ópticas., arriba a 30 años sin mantenimiento

Características de rendimiento del DAS:

Larga distancia de temperatura: 50Km

Tiempo de respuesta rápido: típico 1 segundo

Alta precisión de posicionamiento: 2-50m

Alta sensibilidad: Puede percibir vibraciones en un radio de 40 m alrededor del cable óptico.

Monitoreo simultáneo de vibración y temperatura.

Función de monitoreo en línea para fallas de fibra óptica.

Percibir todas las cosas es un importante apoyo tecnológico para construir una Tierra inteligente, ciudad inteligente, y océano inteligente. Detección acústica distribuida de fibra óptica (DAS) La tecnología es un nuevo tipo de tecnología de detección que puede lograr una detección distribuida continua de campos de vibración y sonido.. Utiliza las características altamente sensibles de la dispersión Rayleigh coherente inducida por un láser de frecuencia única de ancho de línea estrecho en fibras ópticas., combinado con el principio del reflectómetro, Percibir vibraciones ambientales e información de campos sonoros interactuando con fibras ópticas a largas distancias y con alta precisión espaciotemporal.. Esta capacidad única de percepción de información ha atraído una amplia atención tanto del mundo académico como de la industria hacia la tecnología DAS.. El rendimiento de la tecnología DAS mejora constantemente, y sus aplicaciones se están desarrollando rápidamente. Ha demostrado sus ventajas tecnológicas únicas y su potencial en la detección de intrusiones perimetrales., Monitoreo en línea de la seguridad ferroviaria., exploración geofísica, y otras áreas.

Debido a sus ventajas únicas, DAS ha atraído cada vez a más expertos de diversos campos para buscar avances en la industria, al mismo tiempo que exige cada vez más la mejora de la tecnología DAS.

Después de más de una década de desarrollo, DAS ha jugado un papel insustituible en múltiples campos, especialmente en los escenarios de aplicación de larga distancia, a gran escala, y detección densa espaciotemporal, incluyendo seguridad perimetral, transporte, exploración geofísica, monitoreo de salud estructural, y otros campos. Los investigadores también mejoran continuamente la tecnología DAS para satisfacer las necesidades de aplicaciones personalizadas de diversos campos..

En el ámbito de la seguridad perimetral, en comparación con los métodos convencionales, DAS tiene ventajas como una gran adaptabilidad medioambiental, alto ocultamiento, amplio rango de monitoreo, y puntos ciegos distribuidos. Sin embargo, cómo determinar qué tipo de perturbación e intrusión se produjo a lo largo del cable de fibra óptica basándose en la gran cantidad de señales complejas detectadas por DAS es un desafío técnico.
En el ámbito del transporte ferroviario, La tecnología DAS utiliza fibras ópticas pasivas como dispositivos de detección y transmisión, que puede lograr una detección espacial continua de señales de perturbación a lo largo de la línea de fibra óptica. Tiene las características de antiinterferencia electromagnética., medición distribuida a larga distancia, Bajo costo por unidad de distancia., y sin necesidad de suministro de energía en el sitio. Puede compensar eficazmente las deficiencias de la tecnología de detección electromagnética puntual existente., satisfacer las necesidades de aplicación del transporte ferroviario, y puede integrarse rápidamente en líneas ferroviarias existentes. Ha sido ampliamente aplicado.

La exploración de recursos de petróleo y gas también es una aplicación importante de la tecnología DAS.. La tecnología convencional de exploración de recursos de petróleo y gas utiliza detectores electrónicos de tipo puntual., que tienen inconvenientes como la baja eficiencia de implementación y el largo tiempo experimental a gran escala. DAS utiliza fibras ópticas de comunicación convencionales como componentes de sensores, que son de bajo costo y pueden desempeñar un papel durante todo el ciclo de vida de la perforación, terminación, producción, etc., con importantes ventajas.
Además, debido al pequeño tamaño y peso ligero de las fibras ópticas, Son fáciles de incrustar en estructuras como materiales compuestos aeroespaciales., materiales de construcción, medios del suelo, etc. DAS puede obtener fácilmente señales de emisión acústica en el interior de los materiales., logrando un seguimiento online permanente de materiales y estructuras.

Tendencias y desafíos futuros del desarrollo

La tecnología DAS ha ido madurando continuamente, el mercado de aplicaciones se está expandiendo, y las perspectivas son prósperas. Recientemente, Académicos extranjeros han propuesto utilizar las fibras ópticas de comunicación subterránea existentes para construir una red de monitoreo a gran escala para análisis geológicos y desastres naturales importantes. (terremoto) detección. Esta dirección de desarrollo puede aprovechar las ventajas de la percepción espacial continua a gran escala de DAS., reactivar todos los recursos redundantes de comunicación de fibra óptica subterránea en todo el mundo, y tiene un valor de mercado y potencial de desarrollo muy alto.
Aunque la tecnología DAS ha logrado avances significativos, aún no está completamente maduro y todavía existen importantes obstáculos técnicos que deben abordarse, incluyendo principalmente la mejora de la sensibilidad, detección multidimensional, y nuevos paradigmas de procesamiento de datos.
La sensibilidad de la tecnología DAS es relativamente alta en comparación con la tecnología de detección distribuida.. Sin embargo, en comparación con la tecnología de detección de puntos convencional, todavía hay una brecha importante. Aplicar la tecnología DAS a gran escala, es necesario mejorar significativamente la sensibilidad de esta tecnología, acercándolo al nivel de los dispositivos de detección de puntos existentes, para sustituir verdaderamente los medios tecnológicos existentes en diversos campos de aplicación.
Al mismo tiempo, La capacidad de detección existente de DAS todavía está limitada por la estructura axial unidimensional de las fibras ópticas., y es difícil lograr el posicionamiento tridimensional de fuentes de perturbaciones y la detección de señales de múltiples componentes, lo que hasta cierto punto limita el rendimiento técnico y el alcance de aplicación de DAS. Detección distribuida de posicionamiento 2D/3D y contramedidas con drones basadas en imágenes

Además, la larga distancia, muestreo espacialmente denso, y las características de muestreo denso en el dominio del tiempo de DAS generan una gran cantidad de datos de detección. Cómo convertir la enorme cantidad de datos sin procesar en señales de detección útiles en tiempo real requiere el desarrollo de nuevos métodos y algoritmos de procesamiento de datos..

En resumen, La tecnología DAS proporciona un medio tecnológico revolucionario para la percepción del mundo físico, que es de gran importancia para promover la investigación científica y el desarrollo inteligente de la sociedad humana.