Як використовувати розподілений волоконно-оптичний моніторинг для міжміських кабельних каналів, включаючи температуру, безпеки, Вібрації, сигналізація витоку, Тощо

Принцип розподіленого моніторингу оптоволокна для міжміських кабельних каналів

Розподілене волоконно -оптичне зондування (DFOS) технологія - це новий тип технології зондування, яка має переваги великої відстані зондування, пасивність, сильна здатність проти перешкод, хороша довговічність і відповідність, і легке підключення до мережі. Це стала переважною технологією для реалізації розподіленого моніторингу.
Принцип полягає в одночасному використанні оптичних волокон як сенсорних чутливих елементів і середовища передачі сигналу, і застосувати вдосконалений оптичний рефлектометр у часовій області (ОТДР) технологія виявлення змін деформації та температури в різних положеннях оптичного волокна, досягнення справді розподіленого вимірювання. З точки зору сенсорної техніки, в основному є три методи реалізації: на основі релеївського розсіювання, на основі комбінаційного розсіювання, і на основі розсіювання Бріллюена. Технологія розподіленого оптоволоконного датчика на основі розсіювання Бріллюена досягла вищої точності вимірювань, діапазон вимірювання, і просторову роздільну здатність у температурі та деформації, ніж інші сенсорні технології, і отримав широку увагу та дослідження. Розсіювання Бріллюена - це процес розсіювання світла, який відбувається, коли світлові хвилі та звукові хвилі поширюються в оптичних волокнах, що призводить до непружних зіткнень. Технологія волоконно-оптичних датчиків використовує унікальні характеристики оптичних волокон для визначення температури, тиск, і акустична вібрація (звук) зміни вздовж волоконно-оптичної лінії, перетворення оптоволокна на розподілений оптоволоконний датчик на великій відстані. Шляхом прокладання волоконно-оптичних кабелів поблизу трубопроводів або підключення їх до трубопроводів, оператори можуть постійно контролювати структурний стан і робочий стан цих критичних активів.

Метод розподіленого оптоволоконного моніторингу температури в магістральних кабельних трубопроводах

Розповсюджений волоконно-оптична система контролю температури розроблено на основі принципів комбінаційного розсіювання та оптичної рефлектометрії у часовій області (ОТДР) позиціонування. Він має такі функції, як генерація оптичного сигналу, фотоелектричне перетворення, посилення сигналу, і обробки, і має хороші показники продуктивності та стабільності системи. Система використовує спеціальний оптичний кабель для вимірювання температури як датчик температури, інтегруючий комп'ютер, волоконно-оптичний зв'язок, волоконно-оптичний датчик, фотоелектричний контроль та інші технології. Він має переваги внутрішньої безпеки, Корозійна стійкість, і стійкість до електромагнітних перешкод. Він може безперервно відстежувати інформацію про температуру навколишнього середовища на великих відстанях і великому масштабі, надання високоякісних рішень для моніторингу температури для таких галузей, як електроенергія, нафта, видобуток вугілля, тепло, і транспорт. Кабель виявлення використовує звичайні стандартні багатомодові оптичні волокна для підключення DTS для розподіленого вимірювання температури, які можна налаштувати відповідно до потреб користувача. Звичайні структури кабелю виявлення включають багатомодове оптичне волокно 0,6 мм, металевий шланг з нержавіючої сталі, Кевлар, плетений шар з нержавіючої сталі, та ПВХ оболонка. Розподілений датчик температури (ДТС) технологія досягається шляхом поєднання принципів зворотного лазерного комбінаційного розсіювання та оптичного відбиття у часовій області. Ця технологія може задовольнити потреби міжміського сполучення, поширюється, і моніторинг у реальному часі.

Розподілена волоконно-оптична технологія моніторингу безпеки для міжміських кабельних каналів

Технологія розподіленого оптоволоконного датчика має важливі застосування в моніторингу безпеки міжміських кабельних трубопроводів. Візьмемо як приклад рішення оптоволоконного попередження про трубопровід, він заснований на перевагах волоконно-оптичної іскробезпеки, легке розгортання, і всепогодне покриття. Він може збирати та контролювати вібрації в бюро моніторингу для аналізу та позиціонування, і є новим інструментом для перевірки трубопроводів. Це рішення може досягти високоточної автоматичної перевірки та попередження 24/7 за допомогою світлочутливих пристроїв і механізмів сенсорних алгоритмів. Коли зовнішня конструкція відбувається навколо трубопроводу, супровідне оптичне волокно, розгорнуте вздовж трубопроводу, збирає інформацію про вібрацію та передає її на оптичне сенсорне обладнання, розміщене на заводській станції або в клапанному приміщенні. Точність розпізнавання подій може досягати 97%. Рішення оптоволоконного попередження про трубопровід містить інноваційний розширений модуль із надпотужним алгоритмом корекції сліпих зон, який може коригувати та формувати фазу зібраних слабких сигналів, значно покращує ефективність слабких сигналів. Compared with the industry average, it can increase the effective signal acquisition rate to 99.9%. The vibration ripple recognition engine can analyze and restore construction events from multiple dimensions. For each construction vibration occurrence point, phase information can be obtained and multi-dimensional features (such as voiceprint, частота, простір, time sequence, тривалість, Тощо.) can be extracted. Multidimensional deep convolution recognition compares samples, improving the accuracy of event recognition to 97%, exceeding the industry average level. And in cooperation with relevant geological research universities in China, importing a large amount of geological data can achieve daily iteration of new event samples, continuous evolution, and continuously improve the accuracy of perception and warning. Тим часом, fiber optic sensing equipment can iterate based on new construction behavior data and different geological environment scenarios in the database.

Key points for distributed fiber optic vibration monitoring of long-distance cable conduits

Distributed fiber optic vibration monitoring technology is based on the basic principle of Rayleigh scattering, combined with φ – ОТДР (phase sensitive time domain reflectometry) technology and signal analysis and processing algorithms, to achieve fiber optic vibration sensing monitoring. Distributed fiber optic vibration sensors, as important components in fiber optic sensor related technologies, have the advantages of non radiative interference, good resistance to electromagnetic interference, and good chemical stability that ordinary fiber optic sensors have. They also have the characteristic of one-dimensional spatial continuous distribution that fiber optic sensors possess. У практичних застосуваннях, such as the research on intelligent fiber optic warning systems for long-distance pipeline safety, intrusion signals around the pipeline are collected from a distributed fiber optic sensing system called OTDR (phase sensitive optical time domain reflectometry), Long short term memory, fully connected deep neural networks are used to establish a recognition model and achieve the recognition of passing signals. After training and blind testing, the recognition model for passing events constructed has good recognition and positioning effects in actual long-distance fiber optic monitoring environments, effectively reducing the false alarm rate of the warning system.

Distributed fiber optic leakage alarm mechanism for long-distance cable conduits

There are various methods and mechanisms for distributed fiber optic monitoring in the leakage monitoring of long-distance cable conduits. The DAS pipeline leak monitoring system can synchronously monitor the operation of hundreds of kilometers of long-distance pipelines based on four indicators in real time. Thanks to its advanced software and event data recognition algorithm, it can ensure the accuracy of leak event monitoring while also covering the identification of potential threats such as ground and construction vibrations. It adopts distributed fiber optic acoustic sensing (З) technology and is based on a phase sensitive optical time domain reflectometer (Ф – ОТДР) to detect the backward Rayleigh scattering signal generated by coherent pulsed light propagating in the fiber, і виходячи з цього, detect and reconstruct leakage events. It mainly consists of optical fiber, optical signal amplifier/demodulator, high coherence pulse laser source, and data processing analyzer. It has a unique 4-mode leak event monitoring mode:
NPP (Negative Pressure Pulse): This feature is generated immediately during the main disturbance event and propagates rapidly in both directions within the measured object; The signal is coupled with the measured object and received by a continuous external optical fiber. This is usually the most sensitive detection mode and a rather unique signal.
OFN (Event Noise): When a pipeline leakage event occurs, the flow of the leaked material at the leakage port will generate corresponding and detectable noise signals. Noise signals are generally high-frequency sound signals and will be generated at the moment of pipeline leakage. Small disturbance events only produce very small acoustic components, so fiber optic cables need to be placed as close as possible to the measured pipeline.
Environmental strain (deformation of the measured object): In underground pipeline leakage events, gas or liquid leakage will cause compression, permeation, and filling of the surrounding medium, which will lead to deformation of the medium near the pipeline leakage port. The DAS system can accurately locate the leakage location by monitoring the environmental strain. For large disturbances or deformation events, an alarm will be immediately triggered. For small disturbances or deformations, no alarm will be issued before the event effect reaches the fiber optic cable. The length of this period depends on the offset and direction of the fiber optic cable.
DTGS (Distributed Temperature Gradient Sensing): Pipeline contents generally have a certain temperature difference from the external environment. When leaked materials (gases or liquids) escape into the external environment of the pipeline, due to the high sensitivity of backward Rayleigh scattering light in the optical fiber, even small temperature changes can have a demodulated effect on its phase. The alarm requires a disturbance event (or temperature effect) to reach the fiber optic cable, and usually only appears after a delay of some time. This period depends on the offset of the cable, the condition and direction of the measured object. Крім цього, there is a method for pipeline leakage monitoring using a distributed fiber optic vibration sensing (ДВС) system based on multidimensional spatial data fusion algorithm. The sensing optical cable is fixed on the side of the pipeline, and the pipeline leakage signal is picked up by the DVS system. The pipeline leakage signal is averaged in the spatiotemporal domain according to the time window and spatial resolution, and an appropriate threshold is set to complete pipeline leakage monitoring and alarm. В експерименті, single point leakage and multi-point leakage were tested, and the signal-to-noise ratio of single point pipeline leakage signal increased by 4.5 дБ. The highest single point pipeline leakage alarm rate increased by 19.53%, і найвища частота тривог про витік у трубопроводі зросла на 2.29%. Моніторинг і сигналізація в режимі реального часу 0.2 Досягнуті витоки трубопроводу в МПа.

Волоконно-оптичний датчик температури, Інтелектуальна система моніторингу, Виробник розподіленого волоконно-оптичного волокна в Китаї