Sistem pemantauan akustik DAS serat optik terdistribusi

Penginderaan Akustik Terdistribusi (ITU) adalah metode pemantauan inovatif berdasarkan teknologi penginderaan serat optik. Sistem DAS menggunakan serat optik sebagai media penginderaan dan menganalisis sinyal hamburan balik Rayleigh dari pulsa cahaya selama perambatannya di dalam serat., mencapai pemantauan sinyal akustik secara terus menerus dan real-time di lingkungan sekitar serat. Dibandingkan dengan sensor akustik tradisional, Sistem DAS memiliki keunggulan unik seperti cakupan yang luas, sensitivitas tinggi, dan kinerja real-time yang kuat. Mereka semakin banyak digunakan di bidang-bidang seperti pemantauan pipa minyak dan gas, keamanan perimeter, keselamatan kereta api, dan pemantauan gempa. Artikel ini akan menguraikan prinsip-prinsip dasar, parameter teknis utama, dan cakupan aplikasi umum sistem DAS secara rinci.

Prinsip Dasar

Prinsip inti dari sistem DAS adalah menggunakan serat optik sebagai sensor terdistribusi, menganalisis efek hamburan balik pulsa cahaya selama propagasi dalam serat optik, dan mengekstrak informasi akustik dari lingkungan sekitar serat optik. Proses kerja dasar dapat diringkas sebagai langkah-langkah berikut:

Emisi pulsa optik: Laser pulsa dalam sistem memancarkan lebar pulsa yang sempit, pulsa optik berdaya tinggi ke serat pada frekuensi tertentu.

hamburan Rayleigh: Ketika pulsa cahaya merambat di serat optik, mereka dipengaruhi oleh fluktuasi kepadatan bahan serat, menghasilkan efek hamburan Rayleigh. Ketika serat optik terganggu oleh gelombang suara, fase cahaya yang tersebar akan berubah.

Deteksi cahaya tersebar ke belakang: Sebagian cahaya yang tersebar akan kembali ke jalur semula, diterima oleh fotodetektor, dan diubah menjadi sinyal listrik.

Analisis domain waktu: Berdasarkan kecepatan cahaya dan waktu pancaran pulsa, posisi serat yang sesuai dengan cahaya yang tersebar dapat ditentukan. Melalui analisis domain waktu, mencapai posisi spasial di sepanjang serat optik.

Demodulasi yang koheren: Sinyal fotolistrik hamburan balik berisi informasi perubahan fasa yang disebabkan oleh gelombang suara. Menggunakan teknologi demodulasi koheren untuk mengekstraksi perubahan fase yang terkait dengan gelombang suara.

Analisis domain frekuensi: Melakukan transformasi Fourier pada sinyal perubahan fasa yang diperoleh dari demodulasi untuk memperoleh informasi spektrum frekuensi akustik pada posisi berbeda.

Melalui langkah-langkah di atas, Sistem DAS Huaguang Tianrui dapat mencapai ekstraksi dan analisis sinyal akustik yang berkelanjutan dan terdistribusi di sepanjang jalur serat optik. Semakin kuat gangguan akustik pada fiber, semakin besar perubahan fasa cahaya yang tersebar, dan semakin besar amplitudo sinyal yang didemodulasi. Karena itu, dengan menganalisis karakteristik amplitudo dan frekuensi sinyal yang didemodulasi, dimungkinkan untuk mendeteksi dan menemukan lokasi suara di sekitar lingkungan serat optik.

Parameter teknis utama

Indikator kinerja sistem DAS terutama mencakup aspek-aspek berikut:

Resolusi spasial: The minimum distance between sound source positions that the system can distinguish, usually within the range of 1-10 meter. High spatial resolution means more precise sound source localization capability.

Kepekaan: characterizes the minimum sound pressure level that the system can detect. High sensitivity means being able to capture weak sound signals. A typical SR-DAS system has a sensitivity of up to -180dB and weighs 20 μ Pa.

Rentang respons frekuensi: The frequency range of sound waves that the DAS system can detect. The typical frequency response range is 1Hz-10kHz, which can cover most sound monitoring needs.

Measurement distance: The length of fiber optic sensing that a single DAS system can cover. The typical measurement distance can reach 10-50 kilometer, meeting the requirements of long-distance distributed monitoring.

Tingkat pengambilan sampel: mencirikan jumlah titik perolehan sinyal akustik per satuan waktu. Tingkat pengambilan sampel yang tinggi berarti resolusi waktu dan akurasi pemulihan sinyal yang lebih tinggi. Tingkat pengambilan sampel tipikal bisa mencapai 1-100kHz.

Akurasi posisi: mencirikan rentang kesalahan pengukuran posisi sumber suara. Akurasi posisi yang tinggi sangat penting untuk mengidentifikasi sumber suara secara akurat. Akurasi pemosisian tipikal bisa mencapai ± 1-5 meter.

Selain indikator teknikal di atas, keandalan, stabilitas, kinerja waktu nyata, dan faktor lain dari sistem DAS juga merupakan aspek penting untuk mengevaluasi kinerjanya. Fokus penelitian saat ini adalah untuk terus meningkatkan kinerja komprehensif sistem DAS dengan mengoptimalkan desain optik, algoritma pemrosesan sinyal, dll..

---

Ruang lingkup aplikasi serat optik terdistribusi Sistem

(1) Parit kabel/pipa minyak dan gas pemantauan anti pecah eksternal
Melalui teknologi penginderaan getaran serat optik, ketika kekuatan eksternal seperti ekskavator bergetar di dekat parit kabel/pipa minyak dan gas dengan serat penginderaan, DAS dapat memberikan peringatan dini dan menginformasikan lokasi kejadian alarm.
(2) Pemantauan Proses Getaran Akustik Rekahan Tekanan Gas pada Minyak dan Serpih
Casing sumur minyak mungkin bocor, dan mungkin terdapat stratifikasi minyak-air dan perubahan struktur geologi lainnya di bawah tanah. Dengan meletakkan kabel optik penginderaan di sepanjang casing di sumur minyak, DAS dapat memantau getaran gelombang suara di posisi mana pun di bawah tanah secara real time.
(3) Pemantauan kebocoran pipa dan keamanan sekitarnya
Baik itu jaringan pipa minyak maupun gas alam, bila ada kebocoran, tidak hanya perubahan suhu yang disertai dengan perubahan getaran, namun sistem DAS dapat berfungsi sebagai perangkat perlindungan dan peringatan keselamatan di sekitar pipa.
(4) Pemantauan rel kecepatan tinggi, kapal, dan bandara
Serat optik yang disusun sepanjang rel kecepatan tinggi dapat mendeteksi status pengoperasian rel kecepatan tinggi, dan melalui penginderaan akustik terdistribusi, status pengoperasian lintasan dan kereta api dapat dipahami; Kabel serat optik dapat dipasang di luar bandara untuk mendeteksi lepas landas dan mendarat pesawat secara real-time, dan memantau gangguan keamanan di sekitar bandara. (5) Pemantauan keamanan perimeter dan pencegahan intrusi garis perbatasan
Sistem DAS dapat memberikan data penyusup secara real-time dan peringatan dini ketika mengatur kabel optik di perbatasan negara atau dalam situasi di mana pemantauan pencegahan intrusi diperlukan..