Għarfien

Sensing tal-fibra ottika jibdel fibra ottika ordinarja f'sensor twil u kontinwu. Minflok ma ġġorr biss id-dejta, il-fibra ġġorr dawl li l-proprjetajiet tiegħu jinbidlu meta t-temperatura, ir-razza, il-pressjoni jew il-vibrazzjoni jaġixxu fuq il-kejbil. Billi taqra dawk il-bidliet, sistema ta' sensing tista' tirrapporta x'qed jiġri - u ġeneralment eżattamentfejnqed iseħħ - fuq distanzi minn ftit metri għal għexieren ta' kilometri. Din il-gwida tgħaddi minn kif taħdem it-teknoloġija pass pass, it-tliet tipi ewlenin u kif huma differenti, fejn tidħol kull waħda, u l-limiti ta’ min jippjana.

X'inhu Fiber Optic Sensing Teknoloġija?

Sensing tal-fibra ottika huwa metodu ta 'kejl li juża l-fibra ottika nnifisha bħala l-element sensing. Sors tad-dawl iniedi dawl fil-fibra; hekk kif dak id-dawl jivvjaġġa, il-kundizzjonijiet esterni jbiddlu xi ftit l-intensità, it-tul tal-mewġ, il-fażi, il-polarizzazzjoni, jew il-mod kif ixerred ġewwa l-ħġieġ. Strument fit-tarf tal-fibra jaqra dawk l-alterazzjonijiet u jikkonvertihom f'kejl fiżiku bħat-temperatura, tensjoni, jew vibrazzjoni.

Minħabba li l-punt tas-sensing huwa magħmul mill-ħġieġ u ma jġorr l-ebda kurrent elettriku, is-sensing tal-fibra ottika huwa immuni għal interferenza elettromanjetika u sikur biex jintuża f'ambjenti splussivi jew kimikament aggressivi - kwalitajiet li huma importanti fuq pipelines, sistemi ta 'enerġija, mini, u pontijiet fejn is-sensuri elettriċi jitħabtu. L-istess fibra tista 'sservi kemm bħala s-sensor kif ukoll il-mogħdija tas-sinjal, li żżomm il-ħardwer tal-qasam sempliċi. Il-fibra hija tipikament standardfibra ottika b'mod wieħed-għal sistemi ta' strain, akustiċi, u Brillouin, filwaqt li sistemi ta' temperatura-biss Raman ħafna drabi jaħdmu fuq fibra multimode.

Kif taħdem it-Teknoloġija ta' Sensing tal-Fiber Optic?

Kull sistema ta 'sensing tal-fibra ottika ssegwi l-istess katina: ibgħat id-dawl, ħalli l-ambjent jimmodifikah, aqra d-dawl li jirritorna, u tittraduċi l-bidla f'kejl. Hawn x'jiġri f'kull stadju.

1. Id-Dawl Jivvjaġġa Permezz tal-Fibra

Sors tal-lejżer jew tal-broadband iniedi dawl - normalment serje ta' impulsi qosra - fil-qalba tal-fibra, fejn ir-riflessjoni interna totali żżommha iggwidata tul it-tul tal-kejbil. F'sistema ta 'sensing dan id-dawl huwa s-sonda: kull ħaġa li taffettwaha waqt li tkun għaddejja ssir informazzjoni.

2. L-Ambjent jibdel id-Dawl

Meta t-temperatura, it-tensjoni, il-pressjoni, jew il-vibrazzjoni jaġixxu fuq sezzjoni tal-fibra, ibiddlu ftit il-ħġieġ - it-tul tiegħu, l-indiċi refrattiv tiegħu, jew l-ispazjar tal-istrutturi interni. Dawk il-bidliet fiżiċi żgħar jibdlu proprjetajiet waħda jew aktar tad-dawl: il-wavelength tiegħu, l-intensità, il-fażi, il-polarizzazzjoni, jew l-ispettru tal-porzjon li jxerred lura. Id-daqs tal-bidla huwa proporzjonali għas-saħħa tal-effett estern, li huwa dak li jagħmel il-kejl kalibrat possibbli.

3. Id-dawl jirrifletti jew ixerred lura

Parti mid-dawl terġa 'lura lejn is-sors. F'xi sensuri huwa rifless minn struttura apposta miktuba fil-fibra, bħal fibra Bragg ħakk. F'sistemi distribwiti l-ħġieġ innifsu jxerred fluss ħafif ta 'dawl lura tul il-fibra kollha mingħajr komponenti miżjuda. Jew il-mod, id-dawl li jirritorna jġorr il-marki tas-swaba 'ta' dak kollu li aġixxa fuq il-fibra.

4. Interrogatur jaqra u jsib is-Sinjal

Strument imsejjaħ interrogatur (jew demodulator) ikejjel id-dawl li jirritorna. Għas-sistemi mqassma huwa wkoll iż-żmien kemm id-dawl jieħu biex jerġa' lura - l-istess idea bħal riflessometru tad-dominju tal-ħin ottiku- (OTDR). Minħabba li l-veloċità tad-dawl fil-fibra hija magħrufa, il-ħin tal-vjaġġ bir-ritorn-jippunta l-post ta 'kull bidla tul il-kejbil. L-interrogatur imbagħad jikkonverti l-bidla ottika f'qari kalibrat tat-temperatura, tensjoni, jew vibrazzjoni, b'pożizzjoni mwaħħla.

Id-dawl jidħol, l-ambjent iħalli l-marka tiegħu fuq dak id-dawl, id-dawl jiġi lura, u interrogatur jibdel il-bidla - u fejn seħħet - f'kejl.

Tipi ewlenin ta 'Teknoloġiji ta' Sensing tal-Fiber Optic

Is-sensing tal-fibra ottika huwa ġeneralment miġbur fi tliet familji bbażati fuq kemm jistgħu jitkejlu punti tul il-fibra u kif isseħħ is-sensing.

Punt Fiber Optic Sensing

Sensor tal-punt ikejjel post wieħed. Element dedikat sensing iwieġeb għal parametru wieħed - temperatura, pressjoni, jew aċċelerazzjoni, pereżempju - u d-disinn huwa sempliċi u relattivament baxx.

L-aktar eżempju komuni huwa l-ħakk tal-fibra Bragg (FBG). Ħakk huwa varjazzjoni perjodika fl-indiċi refrattiv tal-qalba tal-fibra, maħluqa billi l-qalba tesponi għal mudell ta 'interferenza ultravjola intensa. Il-ħakk jirrifletti wavelength speċifiku wieħed - il-wavelength ta' Bragg - u jħalli l-bqija jgħaddi. Meta t-tensjoni tiġġebbed il-ħakk jew is-sħana tespandiha, l-ispazjar jinbidel u l-wavelength rifless jinbidel; l-interrogatur jaqra dik iċ-ċaqliq u jikkonvertiha f'valur. Qrib il-wavelength ta '1550 nm, il-wavelength rifless ta' FBG tipiku jiċċaqlaq fuq l-ordni ta 'pikometru għal kull microstrain ta' stretch u diversi pikometri għal kull grad Celsius ta 'tisħin. Programmi ta 'riċerka u aerospazjali kkaratterizzaw din is-sensittività doppja fid-dettall, inklużEvalwazzjonijiet tan-NASA ta 'sensors ta' strain FBG inkorporatif'temperaturi elevati. Sensuri oħra tal-punt jinkludu ġiroskopji tal-lejżer usensuri tal-kamp manjetiku tal-fibra-ottikagħal kejl speċjalizzat.

Kważi-Sensing tal-Fiber Optic Distributed

Sistema kważi-imqassma tgħaqqad diversi sensuri tal-punti f'serje tul fibra waħda - pereżempju, sensiela ta' FBGs, kull wieħed jirrifletti wavelength kemmxejn differenti sabiex l-interrogatur ikun jista' jagħrafhom. Fibra waħda tista 'mbagħad tirrapporta temperatura, vibrazzjoni, pressjoni, jew razza f'ħafna postijiet diskreti f'daqqa. Il-kummerċ -off huwa mibni fil-fiżika: in-numru ta 'sensors fuq fibra waħda huwa limitat mill-bandwidth tas-sors u t-tieqa tal-wavelength kull gradilja tista' tokkupa, u l-fibra ma tħoss xejn fil-lakuni bejn l-elementi. Approċċi relatati tal--ħakk tal-fibra, bħalsistemi ta' sensing tal-ħakk ta' żmien twil-, isegwu prinċipji simili b'imġieba spettrali differenti.

Imqassam Fiber Optic Sensing

Sistema mqassma tuża l-fibra vojta bħala sensur kontinwu, bl-ebda punti ta 'sensing diskreti. Jiddependi fuq dawl li jxerred b'mod naturali ġewwa l-ħġieġ u jaqra kif dak id-dawl imxerred jinbidel tul it-tul kollu. Tlietamekkaniżmi ta'-tixrid tad-dawljintużaw, kull wieħed adattat għal parametri differenti:

• Rayleigh tifrixhuwa proċess elastiku li ma jbiddel il-frekwenza tad-dawl. Hija l-aktar b'saħħitha mit-tlieta u l-bażi tas-sensing akustiku u tal-vibrazzjoni distribwit (DAS/DVS), fejn kejl veloċi,-shot wieħed isegwi tensjoni dinamika bħall-ħoss u l-vibrazzjoni.
• Raman tifrixjipproduċi dawl li l-intensità tiegħu hija dipendenti fuq it-temperatura, li jagħmilha l-bażi ta 'sensing tat-temperatura distribwit (DTS).
• Brillouin tifrixbidliet fil-frekwenza kemm bir-razza kif ukoll fit-temperatura, u għalhekk tirfed tensjoni mqassma u sensing tat-temperatura fuq distanzi twal.

Minħabba li s-sistema tieħu kampjuni tal-fibra kollha aktar milli punti fissi, kejbil wieħed jista 'jwassal eluf ta' pożizzjonijiet ta 'kejl effettivament kontinwi fuq għexieren ta' kilometri. Dik il-kopertura hija r-raġuni li s-sensing distribwit kiber malajr għal assi twal u lineari fejn problema tista' tidher kullimkien.

Punt vs Kważi-Sensing tal-Fiber Optic Distributed vs Distributed

It-tliet familji jwieġbu mistoqsijiet differenti. Point sensing jistaqsi "x'qed jiġri f'dan il-post wieħed?"; kważi-distributed jistaqsi "x'qed jiġri f'dawn il-postijiet magħrufa?"; imqassam jistaqsi "x'qed jiġri kullimkien tul din ir-rotta?" It-tabella hawn taħt tiġbor fil-qosor id-differenzi prattiċi.

Applikazzjonijiet Komuni tal-Fiber Optic Sensing

• Monitoraġġ tal-pipeline u skoperta ta 'tnixxija.Fibra mqiegħda tul pipeline taż-żejt, tal-gass jew tal-ilma tista' tindika tnixxija bħala anomalija tat-temperatura lokali (DTS) u tiskopri tħaffir jew-interferenza ta' parti terza bħala firma ta' vibrazzjoni (DAS) - qafas aktar preċiż mill-frażi laxka "żejt u gass" kultant użata għal dan il-każ ta' użu.
• Sigurtà tal-perimetru u tal-fruntiera.Sensing tal-vibrazzjoni distribwit jiskopri u jikklassifika passi, vetturi, tixbit, jew tħaffir tul linja ta 'ċint jew rotta midfuna, li hija l-bażi ta'skoperta ta' intrużjoni tal-perimetru tal-fibra-ottika.
• Kejbil tal-enerġija u monitoraġġ tal-grilja.DTS jsegwi t-temperatura ta' kejbils ta'-vultaġġ għoli biex jimmaniġġja t-tagħbija u jsib hot spots; għall-isfond ara din il-ħarsa ġenerali tamonitoraġġ imqassam tat-temperatura.
• Sejbien tan-nirien fil-mini u l-bini.Il-profil kontinwu tat-temperatura jqajjem allarm fil-miter eżatt fejn togħla s-sħana, ħafna qabel ma ditekter ta'-punt wieħed jirrispondi.
• Monitoraġġ tas-saħħa strutturali.L-FBGs u s-sensing tat-tensjoni distribwita jkejlu t-tagħbija, id-deflessjoni u l-qsim f'pontijiet, digi, mini u strutturi komposti kbar matul il-ħajja tas-servizz tagħhom.

• 

Vantaġġi u Limitazzjonijiet tal-Fiber Optic Sensing

Bħal kull teknoloġija tal-kejl, is-sensing tal-fibra ottika huwa tajjeb f'xi sitwazzjonijiet u fqir f'oħrajn. L-issettjar taż-żewġ naħat b'mod ċar jagħmel l-għażla aktar faċli.

Fejn jeċċella:

• Immuni għall-interferenza elettromanjetika, peress li l-punt sensing huwa ħġieġ passiv bl-ebda elettronika fil-qasam.
• Sikur f'ambjenti splussivi jew korrużivi fejn is-sensuri elettriċi huma riskjużi.
• Kejbil wieħed jista 'jissostitwixxi mijiet ta' sensuri diskreti u l-wajers tagħhom, u jirdoppja bħala l-mogħdija tad-dejta.
• Is-sistemi distribwiti jagħtu kopertura kontinwa bil-post, mhux biss qari iżolat.

Fejn għandu limiti:

• L-interrogatur huwa l-parti għalja, għalhekk l-impjiegi qosra ta'-punt wieħed ħafna drabi huma orħos b'sensors konvenzjonali.
• "Eżattezza għolja" hija kundizzjonali. Għas-sistemi distribwiti, ir-riżoluzzjoni spazjali, il-firxa tas-sensing, u r-rata ta' kampjunar jinnegozjaw bejniethom, u "imqassam" ma jfissirx preċiżjoni bla limitu.
• L-eżattezza tal-pożizzjonament tiddependi fuq il-metodu ta 'sensing, kif il-kejbil jiġi mgħoddi u akkoppjat mal-istruttura, ir-rata ta' kampjunar, l-interrogatur, u l-algoritmu tal-analiżi.
• Id-disinn, l-installazzjoni u l-interpretazzjoni jeħtieġu kompetenza speċjalizzata.

Kif Agħżel il-Metodu ta' Sensing tal-Fiber Optic it-Tajjeb

Ibda mill-mistoqsija li fil-fatt trid titwieġeb, imbagħad qabbilha ma' metodu:

• Punt kritiku wieħed, imkejjel b'mod preċiż- sensor tal-punt bħal FBG.
• Ftit ta 'postijiet magħrufa fuq struttura- firxa FBG kważi-distribwita.
• Rotta twila fejn l-inkwiet jista’ jidher kullimkien- sistema distribwita: DTS għat-temperatura u n-nar, DAS/DVS għall-vibrazzjoni u l-intrużjoni, Brillouin għat-tensjoni.

Ladarba l-metodu jkun ċar, qabbel parametri speċifiċi qabel tixtri: firxa ta 'sensing meħtieġa, riżoluzzjoni spazjali, frekwenza tal-kejl (rata ta' kampjunar), ir-rotta tal-kejbil u kif se tiġi ffissata mal-assi, u kompatibilità tal-interrogatur mal-fibra u s-sensuri li qed tippjana li tuża.