Распределенная волоконно-оптическая система акустического зондирования DAS-INNO

Определение распределенного оптоволоконного акустического зондирования

Распределенная система акустического зондирования (ДАС) представляет собой оптоволоконное оптоэлектронное устройство, измеряющее акустические взаимодействия по длине оптоволоконного чувствительного кабеля..

Уникальной особенностью распределенной системы акустического зондирования является то, что она обеспечивает непрерывное (или распределенный) Распределение температуры по длине чувствительного кабеля, а не в дискретных точках измерения.

Технология распределенного акустического зондирования

Обычно, В технологии DAS используются стандартные телекоммуникационные оптоволоконные кабели., и специализированные оптоволоконные кабели требуются только при высоких температурах. (больше, чем 100 ° С). Чувствительные волокна обычно изготавливаются на основе одномодовых волокон., хотя в некоторых специализированных приложениях используются многомодовые чувствительные волокна.

Дальность действия системы DAS обычно составляет до 50 км на одно чувствительное волокно., и каждая справочная группа обычно имеет 1 или 2 каналы, которые могут работать одновременно. Например, DAS может измерять расстояние до 100 км., а 2-канальные устройства могут измерять 50 км в любом направлении..

Принцип измерения

Блок опроса распределенных акустических датчиков передает лазерные импульсы по оптоволоконному кабелю.. Когда этот тип светового импульса распространяется по волокну, взаимодействие внутри волокна вызывает отражение света, называемое обратным рассеянием., что определяется малой деформацией (или вибрация) события внутри волокна, которые вызваны местной звуковой энергией. Этот обратнорассеянный свет распространяется вверх по оптоволоконному кабелю к блоку опроса., где он дискретизируется на частоте Рэлея. Время, необходимое для лазерных импульсов, позволяет точно сопоставить события обратного рассеяния с расстоянием между волокнами. – это известно как оптический рефлектометр во временной области.

Большинство распределенных систем акустического зондирования, представленных сегодня на рынке, основаны на принципе, называемом когерентным оптическим рефлектометром во временной области. (COTDR).

Пространственное разрешение и период пространственной выборки

Пространственное разрешение в основном определяется длительностью излучаемого импульса., и разрешение 10 м, даваемое импульсом 100 нс, является типичным значением.. Количество отраженного света пропорционально длине импульса., поэтому существует компромисс между пространственным разрешением и максимальной дальностью. Чтобы улучшить максимальную дальность, предполагается использовать более длинные импульсы для увеличения уровня отраженного света., но это приводит к большему пространственному разрешению. Обычно, Пространственное разрешение большинства систем 5-10 Метров.

Сравнение DAS с другими волоконно-оптические распределенные системы зондирования

Есть много других распределенный волоконно-оптический сенсорные технологии, которые основаны на различных механизмах рассеяния и могут использоваться для измерения других параметров..

Системы на основе Бриллюэна обычно используются для измерения распределенной деформации и температуры..
Рассеяние Бриллюэна намного слабее рассеяния Рэлея., поэтому отражения от нескольких импульсов необходимо суммировать, чтобы обеспечить измерение.. Следовательно, максимальная частота измерения изменений с помощью рассеяния Бриллюэна обычно составляет несколько десятков Гц, в то время как системы COTDR DAS на базе Рэлея имеют чувствительность в кГц.

Системы на основе комбинационного рассеяния света обычно используются для измерения температуры., в то время как системы DTS обычно основаны на технологии комбинационного рассеяния света. Интенсивность комбинационного рассеяния света даже ниже, чем у рассеяния Бриллюэна., поэтому для получения разумных результатов обычно требуется в среднем много секунд или даже несколько минут.. Следовательно, Системы на основе комбинационного рассеяния света подходят только для измерения медленно меняющихся температур..

Сбор данных, Обработка сигналов, и визуализация

Из-за большого количества данных, генерируемых распределенными системами акустического зондирования., крайне важно иметь стратегию управления, обработка, и визуализация данных. Эти системы собирают данные со скоростью выше 10 КГц до 20 чувствительные точки. Это эквивалентно скорости заполнения терабайтных дисков в течение нескольких дней..

Обычно, блок запроса подключен к блоку обработки (промышленный ПК или сервер) который управляет хранением и обработкой данных. Обычно, для хранения необработанных данных используется буфер прокрутки, поскольку за его пределами хранится очень мало контента..

Блок обработки запрограммирован с использованием ряда интеллектуальных алгоритмов для интерпретации необработанных данных и анализа их соответствия заранее определенным событиям., например, события вторжения или утечки трубопровода. Волоконно-оптический сенсорный кабель будет разделен на несколько зон., где будут выбраны конкретные выбранные алгоритмы и будут назначены оповещения в каждой области.

Есть много способов визуализировать эти события.. Один из подходов — использовать специальное программное обеспечение для визуализации DTS., например, отображение пути оптических волокон на основе карт объекта или диаграмм., и если есть события, он подсветит место событий и отобразит сигналы тревоги. Другой подход заключается в интеграции программного интерфейса DAS с существующей SCADA., контроль, или пакеты программного обеспечения безопасности. В этом случае, на мероприятии будет освещено программное обеспечение сторон, участвующих в 3.

Принцип измерения DAS:

Пожалуйста, добавьте ссылку, чтобы описать, что DAS представляет собой распределенный оптоволоконный датчик, основанный на когерентном рассеянии Рэлея.. Он использует чувствительность оптических волокон к звуку. (вибрация). При воздействии внешних вибраций на чувствительное оптоволокно, за счет эластичного оптического эффекта, показатель преломления и длина оптического волокна претерпят небольшие изменения, что приводит к изменению фазы передаваемого сигнала внутри оптического волокна и изменению интенсивности света.

Изменение фазы, вызванное звуковыми волнами, очень мало., поэтому в системах DAS обычно используются высококогерентные импульсные источники света.. Возникают помехи между сигналами рэлеевского рассеяния в пределах ширины импульса.. Когда внешняя вибрация вызывает изменение фазы, интенсивность сигнала когерентного рэлеевского рассеяния в этой точке изменится. Путем обнаружения изменения интенсивности светового сигнала рэлеевского рассеяния до и после вибрации. (дифференциальный сигнал), может быть достигнуто обнаружение событий вибрации, и несколько событий вибрации могут быть точно локализованы одновременно.

Преимущества технологии DAS:

Непрерывное распределенное измерение температуры и вибрации без «мертвых зон» измерения

Одновременное обнаружение и точная локализация нескольких событий

Оптоволокно — это датчик, сочетающий в себе передачу и считывание.

60 километры сверхдальнего расстояния измерения, богатая информация об измерениях

Быстрая скорость ответа, тревога внутри 1 секунда

Оптическая передача сигнала, полностью электрически изолирован, устойчивость к электромагнитным помехам

Искробезопасность, подходит для длительной эксплуатации в пожароопасных и взрывоопасных средах

Стабильные и надежные измерения с низким уровнем ложных срабатываний.

Длительный срок службы оптических волокон, до 30 лет без обслуживания

Характеристики производительности DAS:

Большое температурное расстояние: 50км

Быстрое время отклика: типичный 1 секунда

Высокая точность позиционирования: 2-50m

Высокая чувствительность: воспринимает вибрации в радиусе 40 м вокруг оптического кабеля

Одновременный мониторинг вибрации и температуры

Функция онлайн-мониторинга неисправностей оптоволокна

Восприятие всего сущего является важной технологической поддержкой для построения умной Земли., умный город, и умный океан. Распределенное оптоволоконное акустическое зондирование (ДАС) Технология представляет собой новый тип сенсорной технологии, которая позволяет обеспечить непрерывное распределенное обнаружение вибрации и звуковых полей.. Он использует высокочувствительные характеристики когерентного рэлеевского рассеяния, индуцированного одночастотным лазером с узкой шириной линии в оптических волокнах., в сочетании с принципом рефлектометра, воспринимать вибрацию окружающей среды и информацию о звуковом поле, взаимодействуя с оптическими волокнами, на больших расстояниях и с высокой пространственно-временной точностью. Эта уникальная способность восприятия информации привлекла к технологии DAS широкое внимание как в научных кругах, так и в промышленности.. Производительность технологии DAS постоянно улучшается., и его приложения быстро развиваются. Он продемонстрировал свои уникальные технологические преимущества и потенциал в обнаружении вторжений по периметру., онлайн-мониторинг безопасности на железнодорожном транспорте, геофизическая разведка, и другие области.

Благодаря своим уникальным преимуществам, DAS привлекает все больше и больше экспертов из различных областей для поиска отраслевых прорывов., одновременно предъявляя растущие требования к совершенствованию технологии DAS..

После более чем десятилетнего развития, DAS сыграл незаменимую роль во многих областях., особенно в сценариях применения на больших расстояниях, крупномасштабный, и пространственно-временное плотное обнаружение, включая охрану периметра, транспорт, геофизическая разведка, Мониторинг состояния конструкций, и другие области. Исследователи также постоянно совершенствуют технологию DAS для удовлетворения индивидуальных потребностей приложений в различных областях..

В области охраны периметра, по сравнению с традиционными методами, DAS имеет такие преимущества, как высокая адаптируемость к окружающей среде., высокая скрытность, большой диапазон мониторинга, и распределенные слепые зоны. Однако, как определить, какой вид помех и вторжений произошел вдоль оптоволоконного кабеля на основе большого количества сложных сигналов, обнаруженных DAS, является технической задачей.
В сфере железнодорожного транспорта, Технология DAS использует пассивные оптические волокна в качестве устройств восприятия и передачи данных., который может обеспечить пространственное непрерывное обнаружение сигналов помех вдоль оптоволоконной линии. Он имеет характеристики защиты от электромагнитных помех., распределенное измерение на большие расстояния, низкая стоимость на единицу расстояния, и нет необходимости в локальном электропитании. Он может эффективно компенсировать недостатки существующей технологии точечного электромагнитного зондирования., удовлетворить потребности применения железнодорожного транспорта, и может быть быстро интегрирован в существующие железнодорожные линии. Он широко применялся.

Разведка ресурсов нефти и газа также является важным применением технологии DAS.. В традиционной технологии разведки ресурсов нефти и газа используются электронные детекторы точечного типа., которые имеют такие недостатки, как низкая эффективность развертывания и длительное время крупномасштабных экспериментов.. DAS использует обычные оптические волокна связи в качестве компонентов датчиков., которые являются недорогими и могут играть роль на протяжении всего жизненного цикла бурения, завершение, производство, и так далее., со значительными преимуществами.
В дополнение, благодаря небольшому размеру и легкому весу оптических волокон, их легко встроить в такие конструкции, как аэрокосмические композитные материалы., строительные материалы, почвенные среды, и так далее. DAS может легко получать сигналы акустической эмиссии внутри материалов., обеспечение постоянного онлайн-мониторинга материалов и конструкций.

Будущие тенденции и проблемы развития

Технология DAS постоянно совершенствуется, рынок приложений расширяется, и перспективы процветают. Недавно, зарубежные учёные предложили использовать существующие подземные оптические волокна связи для создания масштабной сети мониторинга геологического анализа и крупных природных катаклизмов (землетрясение) обнаружение. Это направление развития может использовать преимущества крупномасштабного пространственного непрерывного восприятия DAS., реактивировать все резервные волоконно-оптические ресурсы связи под землей по всему миру, и имеет очень высокую рыночную стоимость и потенциал развития.
Хотя технология DAS добилась значительного прогресса, он еще не полностью развит, и все еще существуют важные технические узкие места, которые необходимо устранить., в основном включая улучшение чувствительности, многомерное обнаружение, и новые парадигмы обработки данных.
Чувствительность технологии DAS относительно высока по сравнению с технологией распределенного зондирования.. Однако, по сравнению с традиционной технологией точечного зондирования, все еще существует значительный разрыв. Применять технологию DAS в больших масштабах, необходимо существенно улучшить чувствительность этой технологии, приближая его к уровню существующих точечных датчиков, чтобы по-настоящему заменить существующие технологические средства в различных областях применения.
В то же время, существующие возможности обнаружения DAS по-прежнему ограничены одномерной осевой структурой оптических волокон., и сложно добиться трехмерного позиционирования источников помех и многокомпонентного обнаружения сигналов, что в некоторой степени ограничивает технические характеристики и область применения DAS.. Распределенное 2D/3D обнаружение позиционирования и меры противодействия дронам на основе изображений

В дополнение, междугородняя, пространственно плотная выборка, и функции плотной выборки во временной области DAS генерируют огромное количество данных зондирования.. Чтобы преобразовать огромное количество необработанных данных в полезные сенсорные сигналы в режиме реального времени, требуется разработка новых методов и алгоритмов обработки данных..

В итоге, Технология DAS предоставляет революционные технологические средства восприятия физического мира., что имеет большое значение для содействия научным исследованиям и разумному развитию человеческого общества..