Розподілене волоконно-оптичне зондування, вибір, покупка, повний посібник, DTS/DVS/DAS, переваги

Розподілена волоконно-оптична технологія зондування включає кілька типів, кожен має свої унікальні переваги та підходить для різних сценаріїв застосування. Нижче наведено короткий вступ і переваги трьох розподілених волоконно-оптичних систем: DTS (температура), DVS (вібрація), і ТО (акустичний):

Переваги типу
DTS (Розподілена волоконно-оптична система вимірювання температури): реального часу, безперервне розподілене вимірювання, відмінна стабільність, електромагнітна ізоляція, іскробезпека.
DVS (Розподілена система збурень волокна): Багатоточкове позиціонування позицій вібрації з точністю о 5 метрів, підходить для програм безпеки та запобігання вторгненням.
THE (Розподілена оптоволоконна акустична вібраційна система): З високою точністю позиціонування, він може одночасно виявляти кілька подій вібрації та підходить для таких областей, як безпечний зв’язок і безпека фізичної маршрутизації мережі.

1、 Типи розподілені оптичні волокна

1.1 Класифікація розподілу показника заломлення на основі профілю волокна

Індекс оптичного волокна: Показник заломлення його серцевини та оболонки змінюється крок за кроком. У цьому типі оптичного волокна, світло зазнає повного відбиття на межі між серцевиною та оболонкою, і поширюється вздовж ядра. Наприклад, на деякій короткій відстані, висока вартість волоконно-оптичних датчиків, волокна з індексом кроку можуть бути використані, оскільки процес їх виробництва відносно простий, а вартість низька.
Градієнтне оптичне волокно: Показник заломлення серцевини волокна поступово зменшується від центру до краю. Цей тип волокна може зменшити дисперсію між модами в багатомодових волокнах, роблячи передачу оптичних сигналів у волокні більш стабільною. У деяких ранніх багатомодових волоконно-оптичних системах зв'язку, градієнтні оптичні волокна відіграли важливу роль у покращенні пропускної здатності передачі та збільшенні відстані передачі, наприклад, на початку будівництва деяких мереж кампусів.

1.2 Класифікація за кількістю режимів волоконно-оптичної передачі

Багатомодове волокно: волокно, яке може передавати від сотень до тисяч мод. Діаметр серцевини багатомодових оптичних волокон відносно великий, загалом починаючи від 50 μ м до 62.5 m m. Завдяки своїй здатності передавати кілька режимів, світло різних мод поширюється з різною швидкістю в оптичних волокнах, що призводить до відмінностей між режимами затримки, які обмежують його смугу пропускання та відстань. Проте, багатомодові оптичні волокна мають високу ефективність зв'язку і широко використовуються в передачі на короткі відстані, наприклад проводка локальної мережі всередині будівель. Наприклад, в деяких офісних будівлях, з'єднання між комп'ютерами може використовувати багатомодове оптоволокно, оскільки воно може задовольнити потреби передачі даних на короткі відстані, а обладнання для з'єднання відносно просте.
Одномодове волокно: волокно, яке може передавати лише одну моду (основний режим), без різниці між режимами затримки, і має набагато більшу пропускну здатність, ніж багатомодове волокно. Діаметр його модового поля становить лише кілька мікрометрів, підходить для великої місткості, міжміський зв'язок. Одномодове оптичне волокно є кращим вибором для сценаріїв, які потребують передачі даних на великі відстані та з високою пропускною здатністю, такі як міжміські магістральні лінії зв'язку та підводні кабелі. Наприклад, підводні кабелі зв'язку, що охоплюють океани, можуть забезпечити стабільну та високошвидкісну передачу даних на тисячі кілометрів за допомогою одномодових оптичних волокон.

1.3 Класифікація за міжнародними стандартами (класифікація згідно з рекомендаціями ITU-T)

Г. 651 клітковина (50/125 μ м багатомодове волокно з градієнтним показником заломлення): Цей тип волокна є багатомодовим градієнтним волокном з діаметром серцевини 50 мкм і діаметром оболонки 125 m m. На початку будівництва оптоволоконних мереж зв'язку, Волоконно-оптичні кабелі G.651 зазвичай використовувалися для коротких відстаней, середньо низька швидкість передачі даних, наприклад проводка для деяких внутрішніх мереж підприємства або мереж невеликих офісів.
Г. 652 клітковина (недисперсійне зміщене волокно): Це одномодове волокно з нульовою дисперсійною характеристикою поблизу довжини хвилі 1310 нм., і в даний час є одним з найбільш широко використовуваних волокон. Він широко використовується при побудові різних комунікаційних мереж, таких як локальні мережі, міські мережі, and long-distance trunk networks, and can meet the transmission needs of different speeds and distances.
Г. 653 клітковина (dispersion shifted fiber DSF): Through special design, the zero dispersion point is moved from 1310nm to around 1550nm wavelength. At a wavelength of 1550nm, it has the characteristics of low loss and zero dispersion, making it suitable for high-speed, long-distance single channel transmission systems. Проте, due to the limitations of nonlinear effects such as four wave mixing, its application range is relatively narrow.
Г. 654 клітковина (cut-off wavelength shifted fiber): Its characteristic is a long cut-off wavelength, with an extremely low attenuation coefficient at 1550nm wavelength. This type of fiber optic cable is mainly used in long-distance, безрелейні підводні кабельні системи зв'язку або спеціальні сценарії зв'язку з надзвичайно високими вимогами до загасання.
Г. 655 клітковина (волокно зі зсувом ненульової дисперсії): Він має певну дисперсію поблизу довжини хвилі 1550 нм, який може пригнічувати нелінійні ефекти, такі як змішування чотирьох хвиль, і використовувати вікно низьких втрат діапазону 1550 нм для передачі на великі відстані. Широко використовується у високоємних, міжміські волоконно-оптичні мережі зв'язку, такі як мультиплексування за довжиною хвилі (WDM) системи.

1.4 Класифікація згідно стандартів IEC

Багатомодове волокно класу А
Багатомодове волокно A1a (50/125 μ м багатомодове волокно): Подібно до волокна ITU-T G.651, це широко використовуване багатомодове волокно, яке широко використовується на короткій відстані, сценарії передачі даних від низької до середньої швидкості, як-от внутрішня проводка в деяких мережах кампуса.
Багатомодове волокно A1b (62.5/125 μ м багатомодове волокно): It is also a multimode fiber, which was widely used in early network cabling. Проте, з розвитком техніки, вона поступово була частково замінена 50/125 μ м багатомодове волокно.
Багатомодове волокно A1d (100/140 μ м багатомодове волокно): Цей тип багатомодового волокна є відносно товстим і може використовуватися в деяких особливих сценаріях передачі на короткі відстані з низькими вимогами до сполучення.
Одномодове волокно класу B
B1.1 відповідає оптоволокну G652: успадкування характеристик оптоволокна G.652, він широко використовується в мережах зв'язку і може задовольнити вимоги передачі на різних швидкостях і відстанях.
B1.2 відповідає волокну G654: схожий за характеристиками на волокно G.654, підходить для міжміських перевезень, сценарії зв'язку з низьким затуханням.
Волокно B2 відповідає волокну G.653: він має характеристики волокна G.653 і підходить для певних одноканальних високошвидкісних мереж, системи передачі на великі відстані.
Волокно B4 відповідає волокну G.655: Він має характеристики волокна G.655 і широко використовується у високоємних мережах, мережі міжміського зв'язку, такі як системи мультиплексування за довжиною хвилі.
Класифікується за матеріалом оптичного волокна
Кварцове волокно: зазвичай відноситься до волокна, що складається з легованого кварцового сердечника та легованого кварцового покриття. Кварцове оптичне волокно має переваги низьких втрат, висока міцність, і хороша хімічна стабільність, і в даний час є найбільш широко використовуваним типом оптичного волокна в галузі зв'язку. Кварцове волокно домінує в таких сферах, як міжміський зв’язок, локальні мережі, і волоконно-оптичний датчик.
Все пластикове оптичне волокно: Серцевина та оболонка всіх пластикових оптичних волокон виготовлені з пластикових матеріалів. Цей тип оптоволоконного кабелю має хорошу гнучкість і низьку вартість, але відносно високі втрати та коротка відстань передачі. В основному використовується в деяких сценаріях зв’язку на короткі відстані, які не вимагають великої відстані передачі та чутливі до вартості, такі як лінії зв’язку всередині автомобілів і передача керуючого сигналу на короткі відстані в промисловій автоматизації.

1.5 Класифікація за робочою довжиною хвилі

УФ-волокно: волокно з робочою довжиною хвилі в ультрафіолетовому діапазоні. УФ-волокно має застосування в деяких спеціальних наукових дослідженнях, медичне обладнання (наприклад обладнання для УФ-фототерапії), технологія фотолітографії, та інші поля. Завдяки високій енергії ультрафіолетового світла, Ультрафіолетові оптичні волокна потребують спеціальних матеріалів і виробничих процесів, щоб забезпечити їх передачу та стійкість до ультрафіолетового світла.
Спостережна клітковина (можливо, через помилку в описі волокна видимого світла): Якщо йдеться про волокно видимого світла, його робоча довжина хвилі знаходиться у смузі видимого світла. Цей тип оптоволоконного кабелю можна використовувати в деяких спеціальних системах освітлення, волоконно-оптичні датчики (наприклад датчики інтенсивності видимого світла), та художні виставки.
Волокно ближнього інфрачервоного діапазону: волокно з робочою довжиною хвилі в ближньому інфрачервоному діапазоні. Близький інфрачервоний діапазон має велике значення для оптоволоконного зв'язку. Багато волоконно-оптичних систем зв'язку працюють у ближньому інфрачервоному діапазоні (такі як 1310 нм і 1550 нм) тому що втрати волокна низькі в цьому діапазоні, і передача на великі відстані може бути досягнута.
Інфрачервоне оптоволокно: Оптоволокно, яке працює в інфрачервоному діапазоні. Infrared fiber has applications in some fields such as infrared spectroscopy analysis and infrared thermal imaging. Наприклад, infrared night vision equipment in military and infrared temperature detection equipment in industry may use infrared optical fibers to transmit infrared signals.

2、 Advantages of DTS Temperature

2.1 Measurement Range and Spatial Positioning

Large scale spatial measurement: DTS (Розподілена волоконна оптика Temperature Sensing System) can achieve distributed real-time measurement of temperature in a large range of space, with long measurement distance and no measurement blind spots. Наприклад, in temperature monitoring of large infrastructure such as tunnels and subways, the entire area can be monitored along fiber optic lines, without the need to install a sensor at each monitoring point like traditional point sensors, значно зменшуючи кількість датчиків і витрати на встановлення.
Точне просторове позиціонування: здатний одночасно виконувати функції вимірювання температури та просторового позиціонування. Він використовує оптичну рефлектометрію у часовій області (OTDR) технологія точного визначення місця температурних аномалій. В системі живлення, якщо кабель відчуває локальний перегрів, DTS може точно визначити місцезнаходження точки перегріву до рівня лічильника або навіть вище, що має вирішальне значення для своєчасного виявлення можливих несправностей і забезпечення безпечної роботи енергосистеми.

2.2 Стабільність і довговічність

Стійкість самого волокна: Коли міцність чутливого волокна системи вимірювання температури DTS є достатньою, його нелегко пошкодити. У порівнянні з традиційними точковими датчиками, він має кращу стабільність. Наприклад, у деяких суворих промислових середовищах, таких як нафтохімічні заводи, вугільні шахти, тощо, традиційні точкові датчики температури можуть бути легко пошкоджені через корозію, вібрація, зіткнення, тощо, тоді як волоконно-оптичні датчики DTS можуть стабільно працювати в цих середовищах протягом тривалого часу.
Довгострокова надійність: Завдяки хімічній стабільності та фізичним властивостям оптичних волокон, Системи DTS мають високу довгострокову надійність. У проектах, які вимагають тривалого стабільного моніторингу, наприклад моніторингу температури греблі, Система DTS може точно вимірювати зміни температури протягом багатьох років, забезпечення надійної підтримки даних для оцінки безпеки дамб.

2.3 Функціональна різноманітність і адаптивність

Адаптація до різних середовищ: Використовуючи різні зовнішні захисні шари оптоволокна, він може адаптуватися до різних середовищ вимірювання екстремальних температур. DTS може ефективно контролювати температуру в таких середовищах, як високотемпературні нафтові свердловини, низькотемпературні полярні об'єкти, і підземні трубні галереї з високою вологістю.
Багатофункціональні налаштування сигналізації: Можна встановити різні сигнали тривоги для точки вимірювання температури, і різні температури сигналізації можна встановити відповідно до потреб користувача. Система сигналізації також може організовувати різні зони поділу на основі фактичної ситуації навколишнього середовища. З точки зору пожежної безпеки, різні області можуть встановлювати різні пороги тривоги відповідно до ступеня пожежної небезпеки, наприклад, встановлення різних температур тривоги в зоні зберігання легкозаймистих речовин і зоні проходу складу для підвищення точності та ефективності попередження.
<4>2.4 Інтеграція з іншими системами

: The DTS system can be combined with advanced fire intelligent alarm judgment algorithms to achieve real-time online monitoring of the entire sensing fiber, and can seamlessly connect with other fire protection systems (such as standard equipment such as fire alarms and relays). In the building fire protection system, DTS can serve as an important temperature monitoring subsystem, working in conjunction with fire alarm systems, fire extinguishing systems, тощо, to improve the efficiency of the entire fire protection system.

3、 Advantages of DVS vibratio

3.1 Measurement performance aspect

Rich vibration information acquisition: DVS (Distributed Fiber Optic Vibration Monitoring System) can provide rich vibration information, including the position, величина, частота, direction, тощо. of vibration. This is because it uses a single optical fiber to simultaneously monitor vibration and transmit signals, and can distribute fiber Bragg grating sensors around the structure that needs to be monitored to achieve multi-point, distributed monitoring. Наприклад, in the health monitoring of bridges, the DVS system can obtain real-time vibration information of various parts of the bridge. Аналізуючи цю інформацію, the structural health status of the bridge can be determined, such as whether there are structural damage, втома, and other problems.

High precision positioning capability: It has the advantage of precise positioning. Its positioning accuracy can reach a certain level (such as a positioning accuracy of up to 5 meters in some systems), and it can accurately determine the location where vibration occurs. In the monitoring of long-distance natural gas pipelines, if abnormal conditions such as drilling and oil theft, geological disasters, тощо. occur along the pipeline, causing vibration, the DVS system can accurately determine the location of the abnormal point, making it convenient for staff to take timely measures for repair and prevention.
In terms of safety and reliability

3.2 Характеристики внутрішньої безпеки

Fiber optic sensing technology uses light waves as carriers and optical fibers as media. У порівнянні з традиційними електричними датчиками, DVS has intrinsic safety characteristics. In some flammable and explosive environments (such as around production facilities in the petroleum and petrochemical industry), використання DVS для моніторингу вібрації не створить загрози безпеці, наприклад електричних іскор, забезпечення безпечної експлуатації виробничих приміщень.

Сильна здатність проти перешкод: Система DVS має сильну здатність протидіяти електромагнітним перешкодам. Поблизу енергетичних установок або промислових середовищ із сильними електромагнітними перешкодами, на традиційні датчики вібрації можуть впливати електромагнітні перешкоди та впливати на результати вимірювань, в той час як системи DVS можуть працювати стабільно і точно контролювати інформацію про вібрацію.

3.3 Аспекти встановлення та застосування

Легкий і зручний монтаж: Моніторинг може бути досягнутий шляхом прокладання оптичного кабелю виявлення в одній траншеї або паралельно вздовж трубопроводу, і процес встановлення відносно простий. У моніторингу та дослідженні комунікаційних ресурсів, simply lay the optical fiber along the communication line and use the DVS system to monitor the vibration of the communication line, without the need for complex installation equipment and processes.
Suitable for various fields of application: Його можна широко використовувати у важливих місцях для запобігання вторгненню, важливі інженерні засоби для запобігання пошкодженню, важливі ресурси для запобігання крадіжці, раннє попередження про небезпечні події, моніторинг та усунення несправностей комунікаційних ресурсів, та інші поля. У моніторингу безпеки дамб, система DVS може контролювати вібрацію греблі під впливом потоку води, землетруси, та інші ситуації, і вчасно виявляти потенційні загрози безпеці; DVS можна використовувати для запобігання загрозам безпеки, таким як незаконне вторгнення на важливі військові об’єкти.

4、 Переваги звукових хвиль DAS

4.1 Вимірювальні характеристики

Широкосмугова щільна вибірка: THE (Розподілене акустичне зондування) може щільно дискретизувати сейсмічні хвилі в широкому діапазоні частот. Наприклад, в геофізичних дослідженнях, DAS може отримати багату інформацію про сейсмічні хвилі для виявлення підземних споруд. Аналізуючи цю інформацію, геологічна будова і стратиграфічний розподіл підземелля можуть бути більш точними.
Може виявляти кілька сигналів звукової хвилі: може виявляти сигнали звукової хвилі в реальному часі навколо оптоволоконного кабелю в будь-якому місці (до 40 кГц). У моніторингу акустичної вібрації процесу розриву нафти і сланцевого газу, акустичні сигнали, що генеруються під час процесу розриву, можна контролювати в режимі реального часу, тим самим підвищуючи ефективність розриву пласта та реакцію пласта; У вугільних шахтах, можна почути такі звуки, як падіння каміння, удари по стінах, люди, що йдуть, і говорити голосно, надання важливої ​​звукової інформації для екстреного порятунку.

4.2 Екологічна адаптивність та аспекти захисту від перешкод

Стійкий до агресивних середовищ, таких як висока температура і високий тиск: У деяких спеціальних промислових середовищах або підземних сценаріях виявлення, наприклад нафтові свердловини, під землею надзвичайно тихо за нормальних умов, але середовище суворе. Системи DAS можуть нормально працювати в суворих умовах, таких як висока температура і високий тиск, і відстежуйте в режимі реального часу акустичні коливання в будь-якій точці під землею, щоб перевірити, чи не протікає корпус, нафтово-водяна стратифікація, та інші геолого-структурні зміни відбуваються під землею.
Сильна здатність проти перешкод: Завдяки своєму принципу чутливості, заснованому на оптичних характеристиках оптичних волокон, немає електричного сигналу, тому він має сильну здатність проти перешкод. У промислових середовищах поблизу енергетичних установок або з сильними електромагнітними перешкодами, Системи DAS можуть стабільно здійснювати акустичний моніторинг без впливу електромагнітних перешкод.

4.3 Аспекти багатофункціональності

Одночасне вимірювання кількох фізичних величин: Системи DAS можуть не тільки вимірювати акустичні сигнали, але також одночасно вимірювати фізичні величини, такі як акустика, температура, тиск, процідити, і поровий шум. У сфері трубопровідного транспортування таких ресурсів, як вода, масло, і природний газ, Системи DAS можуть більш точно визначити, чи стався витік з трубопроводу, а також місце та ступінь витоку, шляхом моніторингу змін у різних фізичних величинах, таких як звукові хвилі, температура, і процідити.
Контроль стану обладнання та діагностика несправностей: Він може безпосередньо аналізувати знос, частота вібрації, швидкість роботи, і змащування обладнання, далі прогнозувати можливі ситуації, і приймати рішення. На безлюдних заводах, електростанції, атомні електростанції, кораблі, підводні човни, та інші місця, Системи DAS можуть одночасно контролювати звук сотень двигунів, насоси, коробки передач, і корпуси підшипників. Через аналіз штучного інтелекту, продуктивність роботи, швидкість, дефіцит нафти, можна визначити знос кожного обладнання, і потенційні несправності обладнання можуть бути виявлені своєчасно, щоб забезпечити безпечну роботу обладнання.

Оптоволоконний датчик температури, Інтелектуальна система моніторингу, Розповсюджений виробник оптоволокна в Китаї