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Aug 31, 2023

Fortschritte in der verteilten faseroptischen Vibrations-/Akustiksensortechnologie

4. April 2022 von

4. April 2022

von Compuscript Ltd

Eine neue Veröffentlichung von Opto-Electronic Advances untersucht Fortschritte in der verteilten faseroptischen Vibrations-/Akustiksensortechnologie.

Die Technologie zur verteilten faseroptischen Schwingungs-/Akustikerfassung nutzt das Rayleigh-Rückstreulicht, das durch periodische Einspeisung von Laserimpulsen in die zu prüfende Faser (FUT) erzeugt wird, um eine Schwingungserkennung mit großer Reichweite und hoher räumlicher Auflösung über die gesamte Länge der FUT zu erreichen. Im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen oder mechanischen Sensoren arbeitet diese Technologie vollständig verteilt mit hoher Empfindlichkeit, Fernzugriff und Immunität gegenüber elektromagnetischen Störungen und eignet sich daher für verschiedene Anwendungsperspektiven, insbesondere unter extremen Umgebungsbedingungen.

Die Technologie der phasenempfindlichen optischen Zeitbereichsreflektometrie (φ-OTDR) hat sich seit der Einführung des ersten faseroptischen Distributed Vibration Sensing (DVS)-Systems auf Basis von φ-OTDR im Jahr 2005 rasant weiterentwickelt. Später wurde es zur Distributed Acoustic Sensing (DAS) weiterentwickelt ) Technologie mit der Fähigkeit, akustische Wellenformen quantitativ zu analysieren. Auf dieser Grundlage haben Forscher umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, um die Erfassungsleistung von φ-OTDR-Systemen zu verbessern, einschließlich wichtiger Leistungsparameter wie Erfassungsentfernung, räumliche Auflösung, Frequenzgangbereich und Ereigniserkennungsgenauigkeit. Aufgrund seiner überlegenen weitreichenden und hochauflösenden verteilten Sensorfähigkeit wurde φ-OTDR in den letzten Jahren häufig in technischen Anwendungen eingesetzt, insbesondere in den aufstrebenden Bereichen der Erfassung seismischer Wellen, der Exploration von Öl- und Gasressourcen, der Erkennung von Pipeline-Lecks und Perimeter Schutz, Kabel-Teilentladungsüberwachung usw.

Mit der Entwicklung von Glasfaserkabeln mit erhöhter Empfindlichkeit, neuartigen Sensormechanismen, effizienten Signalverarbeitungsverfahren und präzisen Algorithmen zur Erkennung von Vibrationsereignissen wird das φ-OTDR-basierte DVS/DAS in Zukunft großes Potenzial für eine breite Palette kommerzieller Anwendungen aufweisen , einschließlich verteilter Faserformerkennung und geologischer Erkundung. Abschließend wurden in diesem Artikel die Aussichten und Herausforderungen der zukünftigen Entwicklung der φ-OTDR-basierten DVS/DAS-Technologie erörtert.

Die Forschungsgruppen von Professor Liyang Shao von der Southern University of Science and Technology, China, und Professor Feng Wang von der Universität Nanjing, China, überprüften gemeinsam den Forschungsfortschritt der φ-OTDR-basierten faseroptischen DVS/DAS-Technologie und ihrer neuen Anwendungen. Zunächst wurden die Erfassungsprinzipien des DVS-φ-OTDR basierend auf der Rayleigh-Rückstreulichtintensitätsdemodulation und des DAS-φ-OTDR-Systems basierend auf Phasendemodulation analysiert. Die DAS-Phasendemodulationstechniken, wie das Heterodyndetektionsschema mit I/Q-Demodulation, das Heterodyndetektionsschema mit Hilbert-Transformation, das direkte Detektionsschema auf Basis eines 3 x 3-Kopplers und das direkte Detektionsschema auf Basis eines phasenerzeugenden Trägeralgorithmus, wurden vorgestellt und verglichen. Anschließend wurden die Methoden zur Leistungssteigerung im Detail für die wichtigsten Erfassungsparameter von φ-OTDR-Systemen besprochen und analysiert, darunter maximale Erfassungsentfernung, Signal-Rausch-Verhältnis, Vibrationsfrequenz-Reaktionsbereich, räumliche Auflösung und Genauigkeit der Vibrationsmustererkennung.

In dieser Übersicht werden die technischen Anwendungen von φ-OTDR-Systemen in verschiedenen Bereichen weiter zusammengefasst, darunter geologische Erkundung, Pipeline-Schutz, Perimetersicherheit und Kabel-Teilentladungserkennung sowie spezielle Anwendungen wie Formerkennung, Gaskonzentrationserkennung und Schädlingserkennung .

Mehr Informationen: Shuaiqi Liu et al., Fortschritte in der phasenempfindlichen optischen Zeitbereichsreflektometrie, Opto-Electronic Advances (2021). DOI: 10.29026/oea.2022.200078

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