Ibinahagi Fiber Optic Acoustic Sensing System DAS-INNO

Kahulugan ng Distributed Fiber Optic Acoustic Sensing

Distributed Acoustic Sensing System (ANG) ay isang fiber optic optoelectronic device na sumusukat sa mga acoustic interaction sa kahabaan ng fiber optic sensing cable.

Ang natatanging tampok ng isang distributed acoustic sensing system ay nagbibigay ito ng tuluy-tuloy (o ipinamahagi) pamamahagi ng temperatura sa haba ng sensing cable, sa halip na sa mga discrete sensing point.

Ibinahagi ang teknolohiya ng acoustic sensing

Karaniwan, Ang teknolohiya ng DAS ay gumagamit ng karaniwang mga telekomunikasyon na fiber optic cable, at ang mga espesyal na fiber optic cable ay kailangan lamang sa mataas na temperatura (mas malaki kaysa sa 100 ° C.). Karaniwang batay sa single-mode fibers ang mga sensing fibers, bagama't ang ilang espesyal na application ay gumagamit ng multi-mode sensing fibers.

Ang hanay ng isang DAS system ay karaniwang hanggang 50km bawat sensing fiber, at karaniwang mayroon ang bawat yunit ng pagtatanong 1 o 2 mga channel na maaaring patakbuhin nang sabay-sabay. Halimbawa, Ang DAS ay maaaring sumukat ng hanggang 100km, at ang 2-channel unit ay maaaring sumukat ng 50km sa anumang direksyon.

prinsipyo ng pagsukat

Ang distributed acoustic sensor interrogation unit ay nagpapadala ng mga laser pulse sa fiber optic. Kapag ang ganitong uri ng liwanag na pulso ay kumakalat sa kahabaan ng hibla, ang interaksyon sa loob ng fiber ay nagdudulot ng light reflection na tinatawag na backscattering, na tinutukoy ng maliit na pilay (o panginginig ng boses) mga pangyayari sa loob ng hibla, na sanhi ng lokal na sound energy. Ang backscattered na ilaw na ito ay kumakalat paitaas sa kahabaan ng fiber optic patungo sa interrogation unit, kung saan ito ay na-sample sa Rayleigh frequency. Ang oras na kinakailangan para sa mga pulso ng laser ay nagbibigay-daan para sa tumpak na pagmamapa ng mga kaganapan sa backscatter sa distansya ng fiber – kilala ito bilang optical time-domain reflectometer.

Karamihan sa mga distributed acoustic sensing system sa merkado ngayon ay batay sa isang prinsipyong tinatawag na Coherent Optical Time Domain Reflectometer (COTDR).

Spatial resolution at spatial sampling period

Ang spatial na resolusyon ay pangunahing tinutukoy ng tagal ng ibinubuga na pulso, at ang isang resolution ng 10m na ibinigay ng isang 100ns pulse ay isang tipikal na halaga. Ang dami ng nasasalamin na liwanag ay proporsyonal sa haba ng pulso, kaya mayroong isang trade-off sa pagitan ng spatial na resolution at maximum na hanay. Upang mapabuti ang maximum na hanay, ito ay inaasahang gumamit ng mas mahabang haba ng pulso upang mapataas ang antas ng sinasalamin na liwanag, ngunit ito ay humahantong sa mas malawak na spatial na resolusyon. Karaniwan, ang spatial na resolusyon ng karamihan sa mga sistema ay 5-10 metro.

Paghahambing sa pagitan ng DAS at iba pa fiber optic distributed sensing system

Marami pang iba Ipinamamahaging Fiber Optic mga teknolohiya ng sensing na umaasa sa iba't ibang mekanismo ng scattering at maaaring gamitin upang sukatin ang iba pang mga parameter.

Ang mga sistemang nakabatay sa Brillouin ay karaniwang ginagamit upang sukatin ang distributed strain at temperatura.
Ang scattering ng Brillouin ay mas mahina kaysa sa scattering ni Rayleigh, kaya ang mga reflection mula sa maramihang mga pulso ay dapat na idagdag nang magkasama upang paganahin ang pagsukat. Samakatuwid, ang maximum na dalas para sa pagsukat ng mga pagbabago gamit ang Brillouin scattering ay karaniwang ilang sampu ng Hz, habang ang mga sistema ng COTDR DAS na nakabase sa Rayleigh ay mayroong kHz sensitivity.

Ang mga sistemang nakabatay sa Raman ay karaniwang ginagamit para sa pagsukat ng temperatura, habang ang mga sistema ng DTS ay karaniwang nakabatay sa teknolohiya ng Raman. Ang intensity ng Raman scattering ay mas mababa pa kaysa sa Brillouin scattering, kaya karaniwang tumatagal ng isang average ng maraming segundo o kahit ilang minuto upang makakuha ng mga makatwirang resulta. Samakatuwid, Ang mga sistemang nakabatay sa Raman ay angkop lamang para sa pagsukat ng mabagal na pagbabago ng temperatura.

Koleksyon ng data, pagproseso ng signal, at paggunita

Dahil sa malaking dami ng data na nabuo ng mga distributed acoustic sensing system, napakahalaga na magkaroon ng diskarte para sa pamamahala, pagpoproseso, at visualization ng data. Kinokolekta ng mga system na ito ang data sa bilis sa itaas 10 Khz hanggang sa 20 Mga puntos ng sensing. Katumbas ito ng rate kung saan maaaring mapunan ang mga terabyte drive sa loob ng ilang araw.

Karaniwan, ang inquiry unit ay konektado sa processing unit (pang-industriya na PC o server) na namamahala sa pag-iimbak at pagproseso ng data. Karaniwan, mayroong isang scrolling buffer na ginagamit upang mag-imbak ng hilaw na data dahil napakakaunting nilalaman na nakaimbak sa kabila nito.

Ang processing unit ay naka-program gamit ang isang serye ng mga intelligent na algorithm para bigyang-kahulugan ang raw data at pag-aralan kung tumutugma ito sa mga paunang natukoy na kaganapan, tulad ng mga kaganapan sa panghihimasok o pagtagas ng pipeline. Ang fiber optic sensing cable ay mahahati sa maraming lugar, kung saan pipiliin ang mga partikular na napiling algorithm at itatalaga ang mga alerto sa loob ng bawat lugar.

Mayroong maraming mga paraan upang mailarawan ang mga kaganapang ito. Ang isang diskarte ay ang paggamit ng DTS specific visualization software, gaya ng pagpapakita ng landas ng mga optical fiber batay sa mga mapa ng site o chart, at kung may mga pangyayari, iha-highlight nito ang lokasyon ng mga kaganapan at magpapakita ng mga alarma. Ang isa pang diskarte ay para sa DAS software interface na maisama sa umiiral na SCADA, kontrolin, o mga pakete ng software ng seguridad. Sa kasong ito, iha-highlight ng kaganapan ang software ng mga partidong kasangkot 3.

Prinsipyo ng pagsukat ng DAS:

Mangyaring magdagdag ng isang link upang ilarawan na ang DAS ay isang distributed fiber optic sensor batay sa magkakaugnay na Rayleigh scattering. Ginagamit nito ang sensitivity ng optical fibers sa tunog (panginginig ng boses). Kapag kumikilos ang panlabas na vibrations sa sensing optical fiber, dahil sa nababanat na optical effect, ang refractive index at haba ng optical fiber ay sasailalim sa bahagyang pagbabago, na nagreresulta sa pagbabago ng bahagi ng ipinadalang signal sa loob ng optical fiber at pagbabago sa intensity ng liwanag.

Ang pagbabago ng bahagi na dulot ng mga sound wave ay napakaliit, kaya ang mga sistema ng DAS ay karaniwang gumagamit ng lubos na magkakaugnay na mga pinagmumulan ng liwanag ng pulso. Ang interference ay nangyayari sa pagitan ng Rayleigh scattering signal sa loob ng pulse width area. Kapag ang panlabas na vibration ay nagdudulot ng pagbabago sa bahagi, magbabago ang intensity ng magkakaugnay na Rayleigh scattering signal sa puntong iyon. Sa pamamagitan ng pag-detect ng intensity change ng Rayleigh scattering light signal bago at pagkatapos ng vibration (signal ng kaugalian), vibration event detection can be achieved, and multiple vibration events can be accurately located simultaneously.

DAS technology advantages:

Patuloy na ipinamahagi na pagsukat ng temperatura at panginginig ng boses nang walang pagsukat ng mga blind spot

Sabay-sabay na pagtuklas at tumpak na lokalisasyon ng maraming kaganapan

Ang fiber optic ay isang sensor na pinagsasama ang transmission at sensing

60 kilometro ng ultra long measurement distance, mayamang impormasyon sa pagsukat

Mabilis na bilis ng pagtugon, alarma sa loob 1 pangalawa

Pagpapadala ng optical signal, ganap na electrically insulated, lumalaban sa panghihimasok sa electromagnetic

Kaligtasan ng intrinsiko, angkop para sa pangmatagalang operasyon sa mga nasusunog at sumasabog na kapaligiran

Matatag at maaasahang pagsukat na may mababang rate ng maling alarma

Mahabang buhay ng serbisyo ng mga optical fiber, hanggang sa 30 taon na walang maintenance

DAS performance characteristics:

Mahabang distansya ng temperatura: 50KM

Mabilis na oras ng pagtugon: Karaniwan 1 pangalawa

Mataas na katumpakan ng pagpoposisyon: 2-50m

Mataas na sensitivity: maaaring makakita ng mga vibrations sa loob ng 40m sa paligid ng optical cable

Sabay-sabay na pagsubaybay sa vibration at temperatura

Online monitoring function para sa fiber optic faults

Perceiving all things is an important technological support for building a smart earth, smart city, and smart ocean. Distributed Fiber Optic Acoustic Sensing (ANG) technology is a new type of sensing technology that can achieve continuous distributed detection of vibration and sound fields. It utilizes the highly sensitive characteristics of coherent Rayleigh scattering induced by narrow linewidth single frequency laser in optical fibers, combined with the principle of reflectometer, to perceive environmental vibration and sound field information interacting with optical fibers over long distances and with high spatiotemporal accuracy. Ang natatanging kakayahang pang-unawa ng impormasyon ay nakakuha ng malawakang atensyon mula sa parehong akademya at industriya para sa teknolohiya ng DAS. Ang pagganap ng teknolohiya ng DAS ay patuloy na bumubuti, at ang mga aplikasyon nito ay mabilis na umuunlad. Ito ay nagpakita ng kanyang natatanging teknolohikal na mga pakinabang at potensyal sa perimeter intrusion detection, online na pagsubaybay sa kaligtasan ng riles, geophysical exploration, at iba pang mga lugar.

Dahil sa mga natatanging pakinabang nito, Ang DAS ay nakaakit ng higit pang mga eksperto mula sa iba't ibang larangan upang maghanap ng mga tagumpay sa industriya, habang naglalagay din ng mga tumataas na pangangailangan sa pagpapabuti ng teknolohiya ng DAS.

Matapos ang mahigit isang dekada ng pag-unlad, Ginampanan ng DAS ang isang hindi mapapalitang papel sa maraming larangan, lalo na sa mga senaryo ng aplikasyon ng malayuan, malakihan, at spatiotemporal dense detection, kabilang ang perimeter security, transportasyon, geophysical exploration, Pagsubaybay sa kalusugan ng istruktura, at iba pang mga patlang. Patuloy ding pinapabuti ng mga mananaliksik ang teknolohiya ng DAS upang matugunan ang mga personalized na pangangailangan sa aplikasyon ng iba't ibang larangan.

Sa larangan ng perimeter security, kumpara sa mga nakasanayang pamamaraan, Ang DAS ay may mga pakinabang tulad ng malakas na kakayahang umangkop sa kapaligiran, mataas na pagtatago, malaking hanay ng pagsubaybay, at ipinamahagi ang mga blind spot. Gayunpaman, kung paano matukoy kung anong uri ng kaguluhan at panghihimasok ang naganap sa kahabaan ng fiber optic cable batay sa malaking bilang ng mga kumplikadong signal na nakita ng DAS ay isang teknikal na hamon.
Sa larangan ng transportasyong riles, Gumagamit ang teknolohiya ng DAS ng mga passive optical fiber bilang mga sensing at transmission device, na maaaring makamit ang spatial na tuloy-tuloy na sensing ng mga signal ng kaguluhan sa linya ng fiber optic. Ito ay may mga katangian ng anti electromagnetic interference, long-distance na ipinamamahaging pagsukat, mababang gastos sa bawat yunit ng distansya, at hindi na kailangan ng on-site power supply. Mabisa nitong mapunan ang mga pagkukulang ng umiiral na teknolohiya ng point electromagnetic sensing, matugunan ang mga pangangailangan ng aplikasyon ng transportasyon ng tren, at maaaring mabilis na maisama sa mga kasalukuyang linya ng tren. Ito ay malawakang inilapat.

Ang paggalugad ng mapagkukunan ng langis at gas ay isa ring mahalagang aplikasyon ng teknolohiya ng DAS. Ang kumbensyonal na teknolohiya sa paggalugad ng mapagkukunan ng langis at gas ay gumagamit ng mga electronic detector na uri ng punto, na may mga disbentaha gaya ng mababang kahusayan sa pag-deploy at mahabang malakihang eksperimental na oras. Gumagamit ang DAS ng maginoo na mga optical fiber ng komunikasyon bilang mga bahagi ng sensor, na mababa ang halaga at maaaring gumanap ng isang papel sa buong ikot ng buhay ng pagbabarena, pagkumpleto, produksiyon, atbp., na may makabuluhang pakinabang.
Bilang karagdagan, dahil sa maliit na sukat at magaan na timbang ng mga optical fibers, madali silang i-embed sa mga istruktura tulad ng mga aerospace composite na materyales, mga materyales sa gusali, media ng lupa, atbp. Ang DAS ay madaling makakuha ng acoustic emission signal sa loob ng mga materyales, pagkamit ng permanenteng online na pagsubaybay sa mga materyales at istruktura.

Mga uso at hamon sa pag-unlad sa hinaharap

Ang teknolohiya ng DAS ay patuloy na tumatanda, lumalawak ang market ng aplikasyon, at ang mga prospect ay umuunlad. Kamakailan lang, iminungkahi ng mga dayuhang iskolar ang paggamit ng umiiral na underground communication optical fibers upang bumuo ng malawakang monitoring network para sa geological analysis at malalaking natural na kalamidad (lindol) pagtuklas. Ang direksyon ng pag-unlad na ito ay maaaring gumamit ng mga pakinabang ng malakihang spatial na tuluy-tuloy na perception ng DAS, buhayin muli ang lahat ng kalabisan na mapagkukunan ng fiber optic na komunikasyon sa ilalim ng lupa sa buong mundo, at may napakataas na halaga sa pamilihan at potensyal na pag-unlad.
Kahit na ang teknolohiya ng DAS ay gumawa ng makabuluhang pag-unlad, hindi pa ito ganap na mature at mayroon pa ring mahahalagang teknikal na bottleneck na kailangang tugunan, higit sa lahat kasama ang pagpapabuti ng sensitivity, multi-dimensional na pagtuklas, at mga bagong paradigma sa pagproseso ng data.
Ang sensitivity ng DAS technology ay medyo mataas kumpara sa distributed sensing technology. Gayunpaman, kumpara sa conventional point sensing technology, may malaking gap pa rin. Upang ilapat ang teknolohiya ng DAS sa isang malaking sukat, ito ay kinakailangan upang makabuluhang mapabuti ang sensitivity ng teknolohiyang ito, ginagawa itong malapit sa antas ng mga kasalukuyang point sensing device, upang tunay na mapalitan ang mga kasalukuyang teknolohikal na paraan sa iba't ibang larangan ng aplikasyon.
Kasabay nito, ang umiiral na kakayahan sa pagtuklas ng DAS ay limitado pa rin ng one-dimensional axial structure ng optical fibers, at mahirap makamit ang three-dimensional na pagpoposisyon ng mga pinagmumulan ng kaguluhan at multi-component detection ng mga signal, na sa ilang lawak ay naglilimita sa teknikal na pagganap at saklaw ng aplikasyon ng DAS. Ibinahagi ang 2D/3D positioning detection at drone countermeasures batay sa mga larawan

Bilang karagdagan, ang malayuan, spatially dense sampling, at ang time-domain dense sampling feature ng DAS ay bumubuo ng malaking halaga ng sensing data. Kung paano i-convert ang malaking halaga ng raw data sa mga kapaki-pakinabang na sensing signal sa real time ay nangangailangan ng pagbuo ng mga bagong pamamaraan at algorithm sa pagproseso ng data.

Sa buod, Ang teknolohiya ng DAS ay nagbibigay ng isang rebolusyonaryong teknolohikal na paraan para sa pang-unawa sa pisikal na mundo, na may malaking kahalagahan para sa pagtataguyod ng siyentipikong pananaliksik at ang matalinong pag-unlad ng lipunan ng tao.