Hệ thống giám sát nhiệt độ cáp quang phân tán, bảo vệ, rung động, và báo động rò rỉ, được sản xuất tại Trung Quốc bởi 2025

Nguyên lý giám sát cáp quang phân tán cho ống dẫn cáp đường dài

Cảm biến sợi quang phân tán (DFOS) công nghệ là một loại công nghệ cảm biến mới có ưu điểm là khoảng cách cảm biến dài, sự thụ động, khả năng chống nhiễu mạnh mẽ, độ bền tốt và phù hợp, và kết nối mạng dễ dàng. Nó đã trở thành công nghệ ưa thích để thực hiện giám sát phân tán.
Nguyên tắc là sử dụng đồng thời sợi quang làm phần tử cảm biến nhạy cảm và phương tiện truyền tín hiệu, và sử dụng Máy đo phản xạ miền thời gian quang học tiên tiến (OTDR) Công nghệ phát hiện những thay đổi về biến dạng và nhiệt độ tại các vị trí khác nhau dọc theo sợi quang, đạt được phép đo phân bố thực sự. Về công nghệ cảm biến, chủ yếu có ba phương pháp thực hiện: dựa trên tán xạ Rayleigh, dựa trên tán xạ Raman, và dựa trên sự tán xạ Brillouin. Công nghệ cảm biến sợi quang phân tán dựa trên tán xạ Brillouin đã đạt được độ chính xác đo cao hơn, phạm vi đo, và độ phân giải không gian về nhiệt độ và độ căng so với các công nghệ cảm biến khác, và đã nhận được sự quan tâm và nghiên cứu rộng rãi. Tán xạ Brillouin là quá trình tán xạ ánh sáng xảy ra khi sóng ánh sáng và sóng âm lan truyền trong sợi quang, dẫn đến va chạm không đàn hồi. Công nghệ cảm biến sợi quang sử dụng các đặc tính độc đáo của sợi quang để phát hiện nhiệt độ, áp lực, và rung động âm thanh (âm thanh) thay đổi dọc theo đường cáp quang, chuyển đổi cáp quang thành cảm biến cáp quang phân tán đường dài. Bằng cách chôn cáp quang gần đường ống hoặc nối chúng với đường ống, Người vận hành có thể liên tục theo dõi tình trạng hoạt động và tình trạng cấu trúc của những tài sản quan trọng này.

Giám sát cáp quang phân tán

Phương pháp giám sát nhiệt độ sợi quang phân tán trong đường ống cáp đường dài

Việc phân phối hệ thống giám sát nhiệt độ sợi quang được phát triển dựa trên nguyên lý tán xạ Raman và phép đo phản xạ miền thời gian quang học (OTDR) định vị. Nó có các chức năng như tạo tín hiệu quang, chuyển đổi quang điện, khuếch đại tín hiệu, và xử lý, và có các chỉ số hiệu năng tốt cũng như độ ổn định của hệ thống. Hệ thống sử dụng cáp quang cảm biến nhiệt độ chuyên dụng làm cảm biến nhiệt độ, tích hợp máy tính, truyền thông cáp quang, cảm biến sợi quang, điều khiển quang điện và các công nghệ khác. Nó có ưu điểm là an toàn nội tại, chống ăn mòn, và khả năng chống nhiễu điện từ. Nó có thể liên tục theo dõi thông tin nhiệt độ môi trường ở khoảng cách xa và quy mô lớn, cung cấp giải pháp giám sát nhiệt độ chất lượng cao cho các lĩnh vực như điện, dầu mỏ, khai thác than, nhiệt, và vận chuyển. Cáp phát hiện sử dụng sợi quang đa mode tiêu chuẩn thông thường để kết nối DTS để đo nhiệt độ phân tán, có thể được tùy chỉnh theo nhu cầu của người dùng. Cấu trúc cáp phát hiện phổ biến bao gồm cáp quang đa mode 0,6mm, ống kim loại thép không gỉ, Kevlar, lớp bện thép không gỉ, và vỏ bọc PVC. Cảm biến nhiệt độ phân phối (DTS) công nghệ đạt được bằng cách kết hợp các nguyên lý tán xạ ngược Raman laser và phản xạ miền thời gian quang học. Công nghệ này có thể đáp ứng nhu cầu đường dài, phân phối, và giám sát thời gian thực.

Công nghệ giám sát an ninh cáp quang phân tán cho ống dẫn cáp đường dài

Công nghệ cảm biến sợi quang phân tán có ứng dụng quan trọng trong việc giám sát an ninh đường ống cáp đường dài. Lấy giải pháp cảnh báo cáp quang đường ống làm ví dụ, nó dựa trên những ưu điểm của sự an toàn nội tại của sợi quang, triển khai dễ dàng, và bảo hiểm mọi thời tiết. Nó có thể thu thập và giám sát các rung động trong phòng giám sát để phân tích và định vị, và là một công cụ mới để kiểm tra đường ống. Giải pháp này có thể đạt được khả năng kiểm tra và cảnh báo tự động có độ chính xác cao 24/7 thông qua các thiết bị cảm biến ánh sáng và động cơ thuật toán cảm biến. Khi xây dựng bên ngoài xảy ra xung quanh đường ống, Sợi quang đi kèm được triển khai dọc theo đường ống sẽ thu thập thông tin rung động và truyền nó đến thiết bị cảm biến quang học được triển khai tại trạm nhà máy hoặc phòng van. Độ chính xác của việc nhận dạng sự kiện có thể đạt tới 97%. Giải pháp cảnh báo cáp quang đường ống kết hợp mô-đun cải tiến cải tiến với thuật toán hiệu chỉnh điểm mù siêu mạnh, có thể hiệu chỉnh và định hình pha của các tín hiệu yếu được thu thập, cải thiện đáng kể hiệu quả của tín hiệu yếu. So với mức trung bình ngành, nó có thể tăng tốc độ thu tín hiệu hiệu quả lên 99.9%. Công cụ nhận dạng gợn sóng rung có thể phân tích và khôi phục các sự kiện xây dựng từ nhiều chiều. Đối với từng điểm xuất hiện rung động của công trình, thông tin pha có thể thu được và các tính năng đa chiều (chẳng hạn như giọng nói, tần số, không gian, trình tự thời gian, khoảng thời gian, v.v.) có thể được trích xuất. Nhận dạng tích chập sâu đa chiều so sánh các mẫu, nâng cao độ chính xác của việc nhận dạng sự kiện để 97%, vượt mức trung bình ngành. Và hợp tác với các trường đại học nghiên cứu địa chất có liên quan ở Trung Quốc, nhập một lượng lớn dữ liệu địa chất có thể đạt được sự lặp lại hàng ngày các mẫu sự kiện mới, sự tiến hóa liên tục, và liên tục nâng cao tính chính xác của nhận thức và cảnh báo. Trong khi đó, thiết bị cảm biến sợi quang có thể lặp lại dựa trên dữ liệu hành vi xây dựng mới và các kịch bản môi trường địa chất khác nhau trong cơ sở dữ liệu.

Các điểm chính để giám sát độ rung sợi quang phân tán của ống dẫn cáp đường dài

Công nghệ giám sát rung động sợi quang phân tán dựa trên nguyên lý cơ bản của tán xạ Rayleigh, kết hợp với φ – OTDR (phép đo phản xạ miền thời gian nhạy pha) thuật toán phân tích và xử lý tín hiệu và công nghệ, để đạt được khả năng giám sát cảm biến rung sợi quang. Cảm biến rung sợi quang phân tán, là thành phần quan trọng trong các công nghệ liên quan đến cảm biến sợi quang, có ưu điểm là không bị nhiễu bức xạ, khả năng chống nhiễu điện từ tốt, và độ ổn định hóa học tốt mà các cảm biến sợi quang thông thường có. Chúng cũng có đặc tính phân bố liên tục theo không gian một chiều mà các cảm biến sợi quang sở hữu.. Trong các ứng dụng thực tế, chẳng hạn như nghiên cứu về hệ thống cảnh báo cáp quang thông minh để đảm bảo an toàn cho đường ống đường dài, tín hiệu xâm nhập xung quanh đường ống được thu thập từ hệ thống cảm biến sợi quang phân tán gọi là OTDR (phép đo phản xạ miền thời gian quang nhạy pha), Trí nhớ ngắn hạn dài, Mạng lưới thần kinh sâu được kết nối đầy đủ được sử dụng để thiết lập mô hình nhận dạng và đạt được sự nhận dạng các tín hiệu truyền qua. Sau khi huấn luyện và kiểm tra mù, mô hình nhận dạng cho các sự kiện đi qua được xây dựng có hiệu ứng nhận dạng và định vị tốt trong môi trường giám sát cáp quang khoảng cách xa thực tế, giảm hiệu quả tỷ lệ cảnh báo sai của hệ thống cảnh báo.

Cơ chế cảnh báo rò rỉ cáp quang phân tán cho ống dẫn cáp đường dài

Có nhiều phương pháp và cơ chế khác nhau để giám sát cáp quang phân tán trong giám sát rò rỉ ống dẫn cáp đường dài. Hệ thống giám sát rò rỉ đường ống DAS có thể giám sát đồng bộ hoạt động của hàng trăm km đường ống đường dài dựa trên 4 chỉ số theo thời gian thực. Nhờ phần mềm tiên tiến và thuật toán nhận dạng dữ liệu sự kiện, nó có thể đảm bảo tính chính xác của việc giám sát sự kiện rò rỉ đồng thời bao gồm việc xác định các mối đe dọa tiềm ẩn như rung động mặt đất và xây dựng. Nó sử dụng cảm biến âm thanh sợi quang phân tán (DAS) công nghệ và dựa trên máy đo độ phản xạ miền thời gian quang nhạy pha (Φ – OTDR) để phát hiện tín hiệu tán xạ Rayleigh ngược được tạo ra bởi ánh sáng xung kết hợp truyền trong sợi, và dựa trên điều này, phát hiện và tái tạo lại các sự kiện rò rỉ. Nó chủ yếu bao gồm sợi quang, bộ khuếch đại/giải điều chế tín hiệu quang, nguồn laser xung kết hợp cao, và máy phân tích xử lý dữ liệu. Nó có chế độ giám sát sự kiện rò rỉ 4 chế độ độc đáo:
NPP (Xung áp suất âm): Đặc điểm này được tạo ra ngay lập tức trong sự kiện nhiễu loạn chính và lan truyền nhanh chóng theo cả hai hướng trong đối tượng được đo; Tín hiệu được ghép với đối tượng đo và được nhận bởi một sợi quang bên ngoài liên tục. Đây thường là chế độ phát hiện nhạy nhất và tín hiệu khá độc đáo.
Nỗi sợ (Tiếng ồn sự kiện): Khi xảy ra sự cố rò rỉ đường ống, dòng vật liệu rò rỉ tại cổng rò rỉ sẽ tạo ra tín hiệu nhiễu tương ứng và có thể phát hiện được. Tín hiệu nhiễu nói chung là tín hiệu âm thanh tần số cao và sẽ được tạo ra tại thời điểm rò rỉ đường ống. Các sự kiện nhiễu loạn nhỏ chỉ tạo ra các thành phần âm thanh rất nhỏ, vì vậy cáp quang cần được đặt càng gần đường ống đo càng tốt.
Căng thẳng môi trường (biến dạng của vật đo): Trong trường hợp rò rỉ đường ống ngầm, rò rỉ khí hoặc chất lỏng sẽ gây ra nén, sự thẩm thấu, và lấp đầy môi trường xung quanh, sẽ dẫn đến biến dạng của môi trường gần cổng rò rỉ đường ống. Hệ thống DAS có thể xác định chính xác vị trí rò rỉ bằng cách theo dõi sức căng của môi trường. Đối với các sự kiện nhiễu loạn hoặc biến dạng lớn, báo động sẽ được kích hoạt ngay lập tức. Đối với những xáo trộn hoặc biến dạng nhỏ, sẽ không có cảnh báo nào được đưa ra trước khi hiệu ứng sự kiện đến được cáp quang. Độ dài của khoảng thời gian này phụ thuộc vào độ lệch và hướng của cáp quang.
DTGS (Cảm biến độ dốc nhiệt độ phân tán): Nội dung đường ống thường có sự chênh lệch nhiệt độ nhất định so với môi trường bên ngoài. Khi vật liệu bị rò rỉ (chất khí hoặc chất lỏng) thoát ra môi trường bên ngoài của đường ống, do độ nhạy cao của ánh sáng tán xạ Rayleigh ngược trong sợi quang, ngay cả những thay đổi nhỏ về nhiệt độ cũng có thể có tác dụng giải điều chế pha của nó. Báo động yêu cầu một sự kiện xáo trộn (hoặc hiệu ứng nhiệt độ) để tiếp cận cáp quang, và thường chỉ xuất hiện sau một thời gian trì hoãn. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào độ lệch của cáp, điều kiện và hướng của đối tượng đo. Ngoài ra, có một phương pháp giám sát rò rỉ đường ống bằng cách sử dụng cảm biến rung sợi quang phân tán (DVS) hệ thống dựa trên thuật toán tổng hợp dữ liệu không gian đa chiều. Cáp quang cảm biến được cố định ở bên cạnh đường ống, và tín hiệu rò rỉ đường ống được hệ thống DVS thu nhận. Tín hiệu rò rỉ đường ống được tính trung bình trong miền không gian theo cửa sổ thời gian và độ phân giải không gian, và một ngưỡng thích hợp được thiết lập để hoàn thành việc giám sát và cảnh báo rò rỉ đường ống. Trong thí nghiệm, rò rỉ một điểm và rò rỉ đa điểm đã được thử nghiệm, và tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu của tín hiệu rò rỉ đường ống một điểm tăng thêm 4.5 dB. Tốc độ báo động rò rỉ đường ống một điểm cao nhất tăng thêm 19.53%, và tốc độ báo động rò rỉ đường ống đa điểm cao nhất tăng thêm 2.29%. Giám sát và báo động theo thời gian thực 0.2 Đã đạt được rò rỉ đường ống MPa.