Rozproszona detekcja światłowodowa, wybór, zakup, kompletny przewodnik, DTS/DVS/DAS, zalety

Rozproszona technologia wykrywania światłowodów obejmuje wiele typów, każdy z nich ma swoje unikalne zalety i nadaje się do różnych scenariuszy zastosowań. Poniżej znajduje się krótkie wprowadzenie i zalety trzech rozproszonych systemów światłowodowych: DTS (temperatura), DVS (wibracja), i TO (akustyczny):

Wpisz zalety
DTS (Rozproszony światłowodowy system pomiaru temperatury): Czas rzeczywisty, ciągły pomiar rozproszony, doskonała stabilność, izolacja elektromagnetyczna, bezpieczeństwo wewnętrzne.
DVS (Rozproszony system zakłóceń światłowodowych): Wielopunktowe pozycjonowanie pozycji wibracyjnych z dokładnością ok 5 metrów, nadaje się do zastosowań związanych z bezpieczeństwem i zapobieganiem włamaniom.
TO (Rozproszony światłowodowy system wibracji akustycznych): Z dużą dokładnością pozycjonowania, może jednocześnie wykrywać wiele zdarzeń wibracyjnych i nadaje się do takich dziedzin, jak bezpieczna komunikacja i bezpieczeństwo fizycznego routingu sieci.

1、 Rodzaje rozproszone światłowody

1.1 Klasyfikacja rozkładu współczynnika załamania światła na podstawie profilu włókna

Światłowód o indeksie schodkowym: Współczynnik załamania światła jego rdzenia i płaszcza zmienia się krok po kroku. W tego typu światłowodzie, światło ulega całkowitemu odbiciu na granicy rdzenia i płaszcza, i rozprzestrzenia się wzdłuż rdzenia. Na przykład, w jakiejś niewielkiej odległości, kosztowne zastosowania czujników światłowodowych, Można stosować włókna krokowe, ponieważ proces ich wytwarzania jest stosunkowo prosty, a koszt jest niski.
Gradientowy światłowód: Współczynnik załamania rdzenia światłowodu stopniowo maleje od środka do krawędzi. Ten typ światłowodu może zmniejszyć dyspersję międzymodową we włóknach wielomodowych, dzięki czemu transmisja sygnałów optycznych w światłowodzie jest bardziej stabilna. W niektórych wczesnych wielomodowych systemach komunikacji światłowodowej, gradientowe światłowody odegrały ważną rolę w poprawie przepustowości transmisji i zwiększeniu odległości transmisji, jak na początku budowy niektórych sieci kampusowych.

1.2 Klasyfikacja ze względu na liczbę trybów transmisji światłowodowej

Światłowód wielomodowy: światłowód, który może przesyłać setki do tysięcy modów. Średnica rdzenia światłowodów wielomodowych jest stosunkowo duża, ogólnie począwszy od 50 µm do 62.5 m m. Ze względu na zdolność do przesyłania wielu trybów, światło różnych modów przemieszcza się w światłowodach z różnymi prędkościami, powodując różnice opóźnień między trybami, które ograniczają szerokość pasma i odległość transmisji. Jednakże, Światłowody wielomodowe charakteryzują się wysoką skutecznością sprzęgania i są szeroko stosowane w transmisji na małe odległości, takich jak okablowanie sieci lokalnej wewnątrz budynków. Na przykład, w niektórych biurowcach, połączenie między komputerami może wykorzystywać światłowód wielomodowy, ponieważ może zaspokoić potrzeby transmisji danych na krótkie odległości, a sprzęt łączący jest stosunkowo prosty.
Światłowód jednomodowy: światłowód, który może transmitować tylko jeden mod (tryb podstawowy), bez różnicy opóźnień między trybami, i ma znacznie większą przepustowość niż światłowód wielomodowy. Jego średnica pola modowego wynosi zaledwie kilka mikrometrów, nadaje się do dużej pojemności, komunikacja na odległość. Światłowód jednomodowy jest preferowanym wyborem w scenariuszach wymagających transmisji na duże odległości i o dużej przepustowości, jak dalekobieżne linie miejskie i kable podmorskie. Na przykład, podwodne kable komunikacyjne rozciągające się po oceanach mogą zapewnić stabilną i szybką transmisję danych na tysiące kilometrów za pomocą światłowodów jednomodowych.

1.3 Klasyfikacja według standardów międzynarodowych (klasyfikacja zgodnie z zaleceniami ITU-T)

G. 651 błonnik (50/125 μm wielomodowy włókno o gradientowym współczynniku załamania światła): Ten typ światłowodu jest włóknem gradientowym wielomodowym o średnicy rdzenia ok 50 μm i średnicy płaszcza 125 m m. Na początku budowy światłowodowych sieci komunikacyjnych, Kable światłowodowe G.651 były powszechnie używane na krótkich dystansach, średnio niska prędkość transmisji danych, takie jak okablowanie niektórych sieci wewnętrznych przedsiębiorstw lub sieci w małych biurach.
G. 652 błonnik (niedyspersyjne włókno przesunięte): Jest to światłowód jednomodowy o zerowej charakterystyce dyspersji w zakresie długości fali 1310nm, i jest obecnie jednym z najpowszechniej stosowanych włókien. Jest szeroko stosowany w budowie różnych sieci komunikacyjnych, takich jak sieci lokalne, sieci metropolitalne, i dalekobieżne sieci miejskie, i może zaspokoić potrzeby transmisji przy różnych prędkościach i odległościach.
G. 653 błonnik (włókno DSF z przesuniętą dyspersją): Dzięki specjalnemu projektowi, punkt zerowej dyspersji zostaje przesunięty z długości fali 1310 nm do około 1550 nm. Przy długości fali 1550 nm, ma cechy niskiej straty i zerowej dyspersji, dzięki czemu nadaje się do dużych prędkości, jednokanałowe systemy transmisji na duże odległości. Jednakże, ze względu na ograniczenia efektów nieliniowych, takich jak mieszanie czterech fal, jego zakres zastosowań jest stosunkowo wąski.
G. 654 błonnik (światłowód o przesuniętej długości fali odcięcia): Jego cechą charakterystyczną jest długa długość fali odcięcia, o wyjątkowo niskim współczynniku tłumienia przy długości fali 1550 nm. Ten typ kabla światłowodowego jest używany głównie na długich dystansach, bezprzekaźnikowe systemy komunikacji za pomocą kabla podmorskiego lub specjalne scenariusze komunikacji z wyjątkowo wysokimi wymaganiami w zakresie tłumienia.
G. 655 błonnik (włókno z niezerową dyspersją): Ma pewną dyspersję w pobliżu długości fali 1550 nm, który może tłumić efekty nieliniowe, takie jak mieszanie czterech fal i wykorzystywać okno o niskiej stracie pasma 1550 nm do transmisji na duże odległości. Szeroko stosowany w dużej pojemności, światłowodowe sieci komunikacyjne na duże odległości, takie jak multipleksowanie z podziałem długości fali (WDM) systemy.

1.4 Klasyfikacja zgodnie z normami IEC

Światłowód wielomodowy klasy A
Światłowód wielomodowy A1a (50/125 μm światłowód wielomodowy): Podobny do światłowodu G.651 ITU-T, jest to powszechnie stosowany światłowód wielomodowy, szeroko stosowany na krótkich dystansach, scenariusze transmisji danych o niskiej i średniej szybkości, jak okablowanie wewnętrzne w niektórych sieciach kampusowych.
Światłowód wielomodowy A1b (62.5/125 μm światłowód wielomodowy): Jest to również światłowód wielomodowy, który był szeroko stosowany we wczesnym okablowaniu sieciowym. Jednakże, wraz z rozwojem technologii, został on stopniowo częściowo zastąpiony przez 50/125 μm światłowód wielomodowy.
Światłowód wielomodowy A1d (100/140 μm światłowód wielomodowy): Ten typ światłowodu wielomodowego jest stosunkowo gruby i może być stosowany w niektórych specjalnych scenariuszach transmisji na krótkie odległości z niskimi wymaganiami dotyczącymi sprzężenia.
Światłowód jednomodowy klasy B
B1.1 odpowiada światłowodowi G652: dziedzicząc charakterystykę światłowodu G.652, jest szeroko stosowany w sieciach komunikacyjnych i może spełniać wymagania dotyczące transmisji przy różnych prędkościach i odległościach.
B1.2 odpowiada włóknu G654: podobne właściwościami do włókna G.654, nadaje się na duże odległości, scenariusze komunikacji o niskim tłumieniu.
Włókno B2 odpowiada włóknu G.653: ma charakterystykę światłowodu G.653 i nadaje się do określonych zastosowań jednokanałowych o dużej prędkości, systemy przesyłowe na duże odległości.
Włókno B4 odpowiada włóknu G.655: Ma cechy włókna G.655 i jest szeroko stosowany w przypadku dużej wydajności, sieci komunikacji na duże odległości, takie jak systemy multipleksowania z podziałem długości fali.
Klasyfikacja według materiału światłowodu
Włókno kwarcowe: ogólnie odnosi się do włókna składającego się z domieszkowanego rdzenia kwarcowego i domieszkowanego płaszcza kwarcowego. Kwarcowy światłowód ma zalety niskich strat, wysoka wytrzymałość, i dobrą stabilność chemiczną, i jest obecnie najpowszechniej stosowanym rodzajem światłowodu w dziedzinie komunikacji. Włókna kwarcowe dominują w zastosowaniach takich jak komunikacja na duże odległości, sieci lokalne, i detekcja światłowodowa.
Wszystkie plastikowe światłowody: Zarówno rdzeń, jak i płaszcz wszystkich światłowodów z tworzyw sztucznych są wykonane z tworzyw sztucznych. Ten typ kabla światłowodowego charakteryzuje się dobrą elastycznością i niskim kosztem, ale stosunkowo wysokie straty i krótka odległość transmisji. Używane głównie w niektórych scenariuszach komunikacji na krótkie odległości, które nie wymagają dużych odległości transmisji i są wrażliwe na koszty, takie jak linie komunikacyjne wewnątrz samochodów i transmisja sygnałów sterujących na małe odległości w automatyce przemysłowej.

1.5 Klasyfikacja według roboczej długości fali

Włókno UV: włókno o roboczej długości fali w paśmie ultrafioletowym. Włókno UV ma zastosowanie w niektórych specjalnych badaniach naukowych, sprzęt medyczny (takich jak sprzęt do fototerapii UV), technologii fotolitografii, i inne pola. Ze względu na wysoką energię światła ultrafioletowego, Światłowody ultrafioletowe wymagają specjalnych materiałów i procesów produkcyjnych, aby zapewnić ich wydajność transmisji i stabilność w kierunku światła ultrafioletowego.
Obserwowalne włókno (prawdopodobnie z powodu błędu w opisie światłowodu światła widzialnego): Jeśli chodzi o światło widzialne, jego długość fali roboczej mieści się w paśmie światła widzialnego. Ten typ kabla światłowodowego można stosować w niektórych specjalnych systemach oświetleniowych, czujniki światłowodowe (takie jak czujniki natężenia światła widzialnego), i wystawy sztuki.
Włókno bliskiej podczerwieni: włókno o roboczej długości fali w paśmie bliskiej podczerwieni. Pasmo bliskiej podczerwieni ma ogromne znaczenie w komunikacji światłowodowej. Wiele systemów komunikacji światłowodowej działa w paśmie bliskiej podczerwieni (takie jak 1310 nm i 1550 nm) ponieważ w tym paśmie straty włókien są niskie i można osiągnąć transmisję na duże odległości.
Światłowód na podczerwień: Światłowód pracujący w paśmie podczerwieni. Światłowód podczerwony ma zastosowanie w niektórych dziedzinach, takich jak analiza spektroskopii w podczerwieni i obrazowanie termowizyjne w podczerwieni. Na przykład, Noktowizor na podczerwień w wojsku oraz sprzęt do wykrywania temperatury na podczerwień w przemyśle może wykorzystywać światłowody na podczerwień do przesyłania sygnałów w podczerwieni.

2、 Zalety temperatury DTS

2.1 Zakres pomiarowy i pozycjonowanie przestrzenne

Pomiar przestrzenny na dużą skalę: DTS (Rozproszony światłowód System wykrywania temperatury) może osiągnąć rozproszony pomiar temperatury w czasie rzeczywistym w dużym zakresie przestrzeni, z dużą odległością pomiarową i bez martwych punktów pomiarowych. Na przykład, w monitorowaniu temperatury dużej infrastruktury, takiej jak tunele i metro, cały teren może być monitorowany za pomocą łączy światłowodowych, bez konieczności instalowania czujnika w każdym punkcie monitorowania jak tradycyjne czujniki punktowe, znacznie zmniejszając liczbę czujników i koszty instalacji.
Dokładne pozycjonowanie przestrzenne: zdolne do jednoczesnej realizacji funkcji pomiaru temperatury i pozycjonowania przestrzennego. Wykorzystuje optyczną reflektometrię w dziedzinie czasu (OTDR) technologię pozwalającą na dokładne określenie lokalizacji anomalii temperaturowych. W systemie elektroenergetycznym, jeśli kabel ulegnie miejscowemu przegrzaniu, DTS może dokładnie zlokalizować położenie punktu przegrzania do poziomu licznika lub nawet wyżej, co ma kluczowe znaczenie dla szybkiego wykrycia potencjalnych usterek i zapewnienia bezpiecznej pracy systemu elektroenergetycznego.

2.2 Stabilność i trwałość

Stabilność samego włókna: Gdy wytrzymałość światłowodu systemu pomiaru temperatury DTS jest wystarczająca, nie da się go łatwo uszkodzić. W porównaniu z tradycyjnymi czujnikami punktowymi, ma lepszą stabilność. Na przykład, w niektórych trudnych warunkach przemysłowych, takich jak zakłady petrochemiczne, kopalnie węgla, itp., tradycyjne punktowe czujniki temperatury mogą łatwo ulec uszkodzeniu na skutek korozji, wibracja, kolizja, itp., natomiast czujniki światłowodowe DTS mogą pracować stabilnie w tych środowiskach przez długi czas.
Długoterminowa niezawodność: Ze względu na stabilność chemiczną i właściwości fizyczne włókien optycznych, Systemy DTS charakteryzują się wysoką niezawodnością długoterminową. W projektach wymagających długoterminowego, stabilnego monitorowania, np. monitorowanie temperatury tamy, System DTS może dokładnie mierzyć zmiany temperatury przez wiele lat, zapewnienie wiarygodnych danych wspierających ocenę bezpieczeństwa tam.

2.3 Różnorodność funkcjonalna i zdolność adaptacji

Dostosuj się do różnych środowisk: Dzięki zastosowaniu różnych zewnętrznych warstw ochronnych światłowodów, może dostosować się do różnych środowisk pomiaru ekstremalnych temperatur. DTS może skutecznie monitorować temperaturę w środowiskach takich jak odwierty naftowe o wysokiej temperaturze, niskotemperaturowe obiekty polarne, i podziemne galerie rurowe o dużej wilgotności.
Wielofunkcyjne ustawienia alarmów: Można ustawić różne alarmy punktów pomiaru temperatury, i różne temperatury alarmowe można ustawić zgodnie z potrzebami użytkownika. System alarmowy może także organizować różne podziały obszarów w zależności od aktualnej sytuacji otaczającego środowiska. Jeśli chodzi o ostrzeżenie przed pożarem, w różnych obszarach można ustawić różne progi alarmowe w zależności od stopnia zagrożenia pożarowego, takie jak ustawienie różnych temperatur alarmowych w obszarze składowania materiałów łatwopalnych i obszarze przejścia magazynu w celu poprawy dokładności i skuteczności ostrzeżeń.
<4>2.4 Integracja z innymi systemami

: System DTS można połączyć z zaawansowanymi, inteligentnymi algorytmami oceny alarmów pożarowych, aby uzyskać monitorowanie online całego światłowodu w czasie rzeczywistym, i może bezproblemowo łączyć się z innymi systemami przeciwpożarowymi (takie jak wyposażenie standardowe, takie jak alarmy przeciwpożarowe i przekaźniki). W budynku system przeciwpożarowy, DTS może służyć jako ważny podsystem monitorowania temperatury, współpracuje z systemami sygnalizacji pożaru, systemy gaśnicze, itp., w celu poprawy efektywności całego systemu ochrony przeciwpożarowej.

3、 Zalety wibracji DVS

3.1 Aspekt wydajności pomiaru

Bogate pozyskiwanie informacji o wibracjach: DVS (Rozproszony światłowodowy system monitorowania drgań) może dostarczyć bogatych informacji o wibracjach, łącznie ze stanowiskiem, ogrom, częstotliwość, kierunek, itp. wibracji. Dzieje się tak, ponieważ wykorzystuje pojedynczy światłowód do jednoczesnego monitorowania wibracji i przesyłania sygnałów, i może rozprowadzać światłowodowe czujniki siatki Bragga wokół konstrukcji, która musi być monitorowana, aby osiągnąć wielopunktowość, monitorowanie rozproszone. Na przykład, w monitorowaniu stanu mostów, system DVS może uzyskać w czasie rzeczywistym informacje o drganiach różnych części mostu. Analizując te informacje, można określić stan konstrukcyjny mostu, na przykład, czy występują uszkodzenia strukturalne, zmęczenie, i inne problemy.

Wysoka precyzja pozycjonowania: Zaletą jest precyzyjne pozycjonowanie. Dokładność pozycjonowania może osiągnąć pewien poziom (jak dokładność pozycjonowania do 5 metrów w niektórych systemach), i może dokładnie określić miejsce, w którym występują wibracje. W monitorowaniu dalekobieżnych rurociągów gazu ziemnego, w przypadku nietypowych warunków, takich jak wiercenia i kradzież ropy, katastrofy geologiczne, itp. wystąpić wzdłuż rurociągu, powodując wibracje, system DVS może dokładnie określić lokalizację nieprawidłowego punktu, ułatwiając pracownikom podjęcie w odpowiednim czasie działań naprawczych i zapobiegawczych.
Pod względem bezpieczeństwa i niezawodności

3.2 Charakterystyka iskrobezpieczeństwa

Technologia wykrywania światłowodowego wykorzystuje fale świetlne jako nośniki i światłowody jako media. W porównaniu z tradycyjnymi czujnikami elektrycznymi, DVS posiada właściwości iskrobezpieczne. W niektórych środowiskach łatwopalnych i wybuchowych (na przykład wokół zakładów produkcyjnych przemysłu naftowego i petrochemicznego), użycie DVS do monitorowania wibracji nie spowoduje zagrożeń bezpieczeństwa, takich jak iskry elektryczne, zapewnienie bezpiecznego funkcjonowania obiektów produkcyjnych.

Silna zdolność przeciwzakłóceniowa: System DVS ma silną zdolność przeciwzakłóceniową przed zakłóceniami elektromagnetycznymi. W pobliżu obiektów energetycznych lub środowisk przemysłowych o silnych zakłóceniach elektromagnetycznych, tradycyjne czujniki wibracji mogą być podatne na zakłócenia elektromagnetyczne i wpływać na wyniki pomiarów, podczas gdy systemy DVS mogą pracować stabilnie i dokładnie monitorować informacje o wibracjach.

3.3 Aspekty instalacyjne i aplikacyjne

Łatwy i wygodny montaż: Monitorowanie można osiągnąć poprzez ułożenie kabla optycznego detekcyjnego w tym samym wykopie lub równolegle wzdłuż rurociągu, a proces instalacji jest stosunkowo prosty. W monitorowaniu i badaniu zasobów komunikacyjnych, po prostu połóż światłowód wzdłuż linii komunikacyjnej i użyj systemu DVS do monitorowania wibracji linii komunikacyjnej, bez konieczności stosowania skomplikowanych urządzeń i procesów instalacyjnych.
Nadaje się do różnych obszarów zastosowań: Może być szeroko stosowany w ważnych miejscach, aby zapobiec włamaniom, ważna inżynieria zapobiegająca uszkodzeniom, ważne zasoby zapobiegające kradzieży, wczesnego ostrzegania o niebezpiecznych zdarzeniach, monitorowanie i rozwiązywanie problemów z zasobami komunikacyjnymi, i inne pola. W monitorowaniu bezpieczeństwa tamy, system DVS może monitorować wibracje tamy pod wpływem przepływu wody, trzęsienia ziemi, i inne sytuacje, i w porę wykryć potencjalne zagrożenia bezpieczeństwa; DVS można wykorzystać do zapobiegania zagrożeniom bezpieczeństwa, takim jak nielegalne wtargnięcie do ważnych obiektów wojskowych.

4、 Zalety fal dźwiękowych DAS

4.1 Charakterystyka pomiaru

Szerokopasmowe gęste próbkowanie: TO (Rozproszone wykrywanie akustyczne) może gęsto próbkować pole fal sejsmicznych w szerokim paśmie częstotliwości. Na przykład, w badaniach geofizycznych, DAS może uzyskać bogate informacje o falach sejsmicznych w celu wykrywania konstrukcji podziemnych. Analizując te informacje, można dokładniej wywnioskować budowę geologiczną i rozkład stratygraficzny podziemia.
Potrafi wykryć wiele sygnałów fal dźwiękowych: może wykryć w czasie rzeczywistym sygnały fal dźwiękowych wokół kabla światłowodowego w dowolnym miejscu (do 40 kHz). W monitorowaniu procesu wibracji akustycznych podczas szczelinowania ropy i gazu łupkowego, sygnały akustyczne generowane podczas procesu szczelinowania można monitorować w czasie rzeczywistym, poprawiając w ten sposób skuteczność szczelinowania i reakcję formacji; W kopalniach węgla, słychać dźwięki, takie jak spadające kamienie, uderzanie w ściany, ludzie chodzą, i mówić głośno, dostarczanie ważnych informacji dźwiękowych dla ratownictwa medycznego.

4.2 Adaptacyjność środowiskowa i aspekty przeciwzakłóceniowe

Odporny na trudne warunki, takie jak wysoka temperatura i wysokie ciśnienie: W niektórych specjalnych środowiskach przemysłowych lub w scenariuszach wykrywania pod ziemią, takich jak studnie naftowe, w normalnych warunkach pod ziemią jest wyjątkowo cicho, ale środowisko jest trudne. Systemy DAS mogą normalnie pracować w trudnych warunkach, takich jak wysoka temperatura i wysokie ciśnienie, i monitoruj w czasie rzeczywistym wibracje akustyczne w dowolnym miejscu pod ziemią, aby monitorować, czy obudowa nie przecieka, stratyfikacja oleju i wody, a pod ziemią zachodzą inne geologiczne zmiany strukturalne.
Silna zdolność przeciwzakłóceniowa: Ze względu na zasadę wykrywania opartą na właściwościach optycznych włókien optycznych, nie ma sygnału elektrycznego, więc ma silną zdolność przeciwzakłóceniową. W środowiskach przemysłowych w pobliżu obiektów energetycznych lub z silnymi zakłóceniami elektromagnetycznymi, Systemy DAS mogą stabilnie monitorować akustycznie bez wpływu zakłóceń elektromagnetycznych.

4.3 Aspekty wielofunkcyjne

Jednoczesny pomiar wielu wielkości fizycznych: Systemy DAS potrafią nie tylko mierzyć sygnały akustyczne, ale także jednocześnie mierzyć wielkości fizyczne, takie jak akustyka, temperatura, ciśnienie, napięcie, i hałas porów. W dziedzinie transportu rurociągowego zasobów takich jak woda, olej, i gaz ziemny, Systemy DAS mogą dokładniej określić, czy nastąpił wyciek z rurociągu, jak również lokalizację i stopień wycieku, poprzez monitorowanie zmian różnych wielkości fizycznych, takich jak fale dźwiękowe, temperatura, i odcedzić.
Monitorowanie stanu sprzętu i diagnostyka usterek: Może bezpośrednio analizować zużycie, częstotliwość wibracji, prędkość robocza, i smarowanie sprzętu, dalej przewidywać możliwe sytuacje, i podejmować decyzje. W bezzałogowych fabrykach, elektrownie, elektrownie jądrowe, statki, łodzie podwodne, i inne miejsca, Systemy DAS mogą jednocześnie monitorować dźwięk setek silników, lakierki, skrzynie biegów, i obudowy łożysk. Poprzez analizę sztucznej inteligencji, wydajność operacyjną, prędkość, niedobór ropy, można określić zużycie każdego sprzętu, a potencjalne usterki sprzętu można wykryć w odpowiednim czasie, aby zapewnić jego bezpieczną pracę.

Światłowodowy czujnik temperatury, Inteligentny system monitorowania, Producent rozproszonych światłowodów w Chinach