Sensori di temperatura a fibra ottica INNO ,sistemi di monitoraggio della temperatura.
Rilevamento acustico distribuito (IL) è un metodo di monitoraggio innovativo basato sulla tecnologia di rilevamento a fibra ottica. Il sistema DAS utilizza la fibra ottica come mezzo di rilevamento e analizza il segnale di diffusione Rayleigh retrodiffuso degli impulsi luminosi durante la loro propagazione nella fibra, ottenere un monitoraggio continuo e in tempo reale dei segnali acustici nell’ambiente circostante la fibra. Rispetto ai tradizionali sensori acustici, I sistemi DAS presentano vantaggi unici come un'ampia copertura, alta sensibilità, e ottime prestazioni in tempo reale. Sono sempre più ampiamente utilizzati in campi come il monitoraggio di oleodotti e gasdotti, sicurezza perimetrale, sicurezza ferroviaria, e monitoraggio dei terremoti. Questo articolo elaborerà i principi di base, parametri tecnici fondamentali, e il campo di applicazione tipico del sistema DAS in dettaglio.
Principi di base
Il principio fondamentale del sistema DAS è utilizzare le fibre ottiche come sensori distribuiti, analizzare l'effetto di retrodiffusione degli impulsi luminosi durante la propagazione nelle fibre ottiche, ed estrarre informazioni acustiche dell'ambiente circostante le fibre ottiche. Il processo di lavoro di base può essere riassunto nei seguenti passaggi:
Emissione di impulsi ottici: Il laser a impulsi nel sistema emette un'ampiezza di impulso ridotta, impulsi ottici ad alta potenza alla fibra ad una determinata frequenza.
Diffusione di Rayleigh: Quando gli impulsi luminosi si propagano nelle fibre ottiche, sono influenzati dalle fluttuazioni di densità del materiale in fibra, con conseguente effetto di diffusione di Rayleigh. Quando le fibre ottiche sono disturbate dalle onde sonore, la fase della luce diffusa cambierà.
Rilevamento della luce diffusa all'indietro: Una parte della luce diffusa ritornerà lungo il percorso originale, essere ricevuto dal fotorivelatore, e convertito in un segnale elettrico.
Analisi nel dominio del tempo: Basato sulla velocità della luce e sul tempo di emissione degli impulsi, è possibile determinare la posizione della fibra corrispondente alla luce diffusa. Attraverso l'analisi nel dominio del tempo, ottenere il posizionamento spaziale lungo la fibra ottica.
Demodulazione coerente: Il segnale fotoelettrico retrodiffuso contiene informazioni sul cambiamento di fase causato dalle onde sonore. Utilizzando la tecnologia di demodulazione coerente per estrarre il cambiamento di fase relativo alle onde sonore.
Analisi nel dominio della frequenza: Eseguire la trasformata di Fourier sul segnale di cambiamento di fase ottenuto dalla demodulazione per ottenere informazioni sullo spettro di frequenza acustica in diverse posizioni.
Attraverso i passaggi precedenti, Il sistema DAS di Huaguang Tianrui può ottenere l’estrazione e l’analisi continua e distribuita dei segnali acustici lungo il percorso della fibra ottica. Più forte è il disturbo acustico sulla fibra, maggiore è la variazione di fase della luce diffusa, e maggiore è l'ampiezza del segnale demodulato. Perciò, analizzando le caratteristiche di ampiezza e frequenza del segnale demodulato, è possibile rilevare e localizzare il suono attorno all'ambiente della fibra ottica.
Parametri tecnici chiave
Gli indicatori di performance del sistema DAS comprendono principalmente i seguenti aspetti:
Risoluzione spaziale: La distanza minima tra le posizioni delle sorgenti sonore che il sistema può distinguere, solitamente entro l'intervallo di 1-10 metri. Un'elevata risoluzione spaziale significa una capacità di localizzazione della sorgente sonora più precisa.
Sensibilità: caratterizza il livello minimo di pressione sonora che il sistema può rilevare. Alta sensibilità significa essere in grado di catturare segnali sonori deboli. Un tipico sistema SR-DAS ha una sensibilità fino a -180 dB e pesa 20 mPa.
Gamma di risposta in frequenza: La gamma di frequenza delle onde sonore che il sistema DAS può rilevare. La gamma tipica di risposta in frequenza è 1Hz-10kHz, che può coprire la maggior parte delle esigenze di monitoraggio del suono.
Distanza di misurazione: La lunghezza del rilevamento in fibra ottica che un singolo sistema DAS può coprire. La distanza di misurazione tipica può raggiungere 10-50 chilometri, soddisfare i requisiti del monitoraggio distribuito a lunga distanza.
Tasso di campionamento: caratterizza il numero di punti di acquisizione dei segnali acustici per unità di tempo. Una frequenza di campionamento elevata significa una risoluzione temporale e una precisione di ripristino del segnale più elevate. La frequenza di campionamento tipica può raggiungere 1-100kHz.
Precisione di posizionamento: caratterizza l'intervallo di errore della misurazione della posizione della sorgente sonora. L'elevata precisione di posizionamento è fondamentale per identificare con precisione le sorgenti sonore. La tipica precisione di posizionamento può raggiungere ± 1-5 metri.
Oltre agli indicatori tecnici di cui sopra, l'affidabilità, stabilità, prestazioni in tempo reale, e altri fattori del sistema DAS sono anch'essi aspetti importanti per valutarne le prestazioni. L'attuale obiettivo della ricerca è migliorare continuamente le prestazioni globali dei sistemi DAS ottimizzando la progettazione ottica, algoritmi di elaborazione del segnale, ecc.
Ambito di applicazione di fibra ottica distribuita IL sistema
(1) Monitoraggio antirottura esterna di trincee cavi/oleodotti e gasdotti
Attraverso la tecnologia di rilevamento delle vibrazioni in fibra ottica, quando forze esterne come gli escavatori vibrano vicino a fosse di cavi/oleodotti e gasdotti con fibre di rilevamento, DAS può fornire un allarme tempestivo e informare sulla posizione dell'evento di allarme.
(2) Monitoraggio del processo di vibrazione acustica della fratturazione della pressione del gas nel petrolio e nello scisto
L'involucro del pozzo petrolifero potrebbe perdere, e potrebbero esserci stratificazione olio-acqua e altri cambiamenti strutturali geologici nel sottosuolo. Posando cavi ottici di rilevamento lungo l'involucro del pozzo petrolifero, DAS può monitorare la vibrazione delle onde sonore in qualsiasi posizione sotterranea in tempo reale.
(3) Monitoraggio delle perdite delle tubazioni e sicurezza circostante
Che si tratti di oleodotti o gasdotti naturali, quando c'è una perdita, non solo i cambiamenti di temperatura sono accompagnati da cambiamenti di vibrazione, ma il sistema DAS può fungere da dispositivo di protezione e allarme di sicurezza attorno alla pipeline.
(4) Monitoraggio della ferrovia ad alta velocità, navi, e aeroporti
Le fibre ottiche disposte lungo la ferrovia ad alta velocità possono rilevare lo stato operativo della ferrovia ad alta velocità, e attraverso il rilevamento acustico distribuito, è possibile comprendere lo stato operativo del binario e del treno; I cavi in fibra ottica possono essere posati all'esterno dell'aeroporto per rilevare il decollo e l'atterraggio degli aerei in tempo reale, e monitorare le intrusioni di sicurezza intorno all'aeroporto. (5) Monitoraggio della sicurezza perimetrale e prevenzione delle intrusioni ai confini
Il sistema DAS può fornire dati sugli intrusi in tempo reale e avvisi tempestivi durante la disposizione dei cavi ottici sui confini nazionali o in situazioni in cui è richiesto il monitoraggio della prevenzione delle intrusioni.
