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May 02, 2023

Progressi nella vibrazione distribuita della fibra ottica

Compuscript Ltd image: The setup of DAS-Φ-OTDR systems with different

Compuscript Ltd

immagine: La configurazione dei sistemi DAS-Φ-OTDR con diversi metodi di demodulazione. (a) rilevamento dell'eterodina e demodulazione della fase I/Q; (b) rilevamento dell'eterodina e demodulazione della fase della trasformata di Hilbert; (c) rilevamento diretto e demodulazione di fase basata su accoppiatore 3×3; (d) rilevamento diretto e demodulazione di fase basata sull'algoritmo della portante generata in fasevedere di più

Credito: OSA

Una nuova pubblicazione da Opto-Electronic Advances; DOI 10.29026/oea.2022.200078 illustra i progressi nella tecnologia distribuita di rilevamento acustico/vibratorio in fibra ottica.

La tecnologia di rilevamento acustico/vibrazione a fibra ottica distribuita utilizza la luce retrodiffusa di Rayleigh generata iniettando periodicamente impulsi laser nella fibra sottoposta a test (FUT) per ottenere il rilevamento delle vibrazioni a lungo raggio e ad alta risoluzione spaziale sull'intera lunghezza del FUT. Rispetto ai tradizionali sensori elettrici o meccanici, questa tecnologia funziona in modo completamente distribuito con elevata sensibilità, accessibilità remota e immunità alle interferenze elettromagnetiche, rendendola adatta a varie prospettive applicative, soprattutto in condizioni ambientali estreme.

La tecnologia di riflettometria ottica nel dominio del tempo sensibile alla fase (φ-OTDR) si è sviluppata rapidamente da quando il primo sistema di rilevamento delle vibrazioni distribuite (DVS) in fibra ottica basato su φ-OTDR è stato introdotto nel 2005. Successivamente si è evoluto nel rilevamento acustico distribuito (DAS) ) tecnologia con la capacità di analizzare quantitativamente le forme d'onda acustiche. Su questa base, i ricercatori hanno condotto ricerche approfondite per migliorare le prestazioni di rilevamento dei sistemi φ-OTDR, inclusi parametri prestazionali chiave come distanza di rilevamento, risoluzione spaziale, intervallo di risposta in frequenza e precisione di riconoscimento degli eventi. Basato sulla sua capacità di rilevamento distribuito superiore a lungo raggio e ad alta risoluzione, φ-OTDR è stato ampiamente utilizzato negli ultimi anni in applicazioni ingegneristiche, in particolare nei campi emergenti dell'acquisizione di onde sismiche, esplorazione di risorse di petrolio e gas, rilevamento di perdite di condotte, rilevamento perimetrale protezione, monitoraggio delle scariche parziali dei cavi, ecc.

In futuro, con lo sviluppo di cavi in ​​fibra ottica con sensibilità migliorata, nuovi meccanismi di rilevamento, procedure efficienti di elaborazione del segnale e algoritmi accurati di riconoscimento degli eventi di vibrazione, il DVS/DAS basato su φ-OTDR mostrerà un grande potenziale per un'ampia gamma di applicazioni commerciali , compreso il rilevamento della forma distribuita delle fibre e l'esplorazione geologica. Infine, questo articolo ha discusso le prospettive e le sfide del futuro sviluppo della tecnologia DVS/DAS basata su φ-OTDR.

I gruppi di ricerca del professor Liyang Shao della Southern University of Science and Technology, Cina e del professor Feng Wang dell'Università di Nanjing, Cina hanno esaminato congiuntamente i progressi della ricerca sulla tecnologia DVS/DAS in fibra ottica basata su φ-OTDR e le sue applicazioni emergenti. In primo luogo, sono stati analizzati i principi di rilevamento del DVS-φ-OTDR basato sulla demodulazione dell'intensità della luce retrodiffusa di Rayleigh e del sistema DAS-φ-OTDR basato sulla demodulazione di fase. Sono state introdotte e confrontate le tecniche di demodulazione di fase DAS, come lo schema di rilevamento eterodina con demodulazione I/Q, lo schema di rilevamento eterodina con trasformata di Hilbert, lo schema di rilevamento diretto basato su accoppiatore 3x3 e lo schema di rilevamento diretto basato sull'algoritmo della portante generatrice di fase. Quindi, i metodi di miglioramento delle prestazioni sono stati discussi e analizzati in dettaglio per i parametri di rilevamento chiave dei sistemi φ-OTDR, tra cui la massima distanza di rilevamento, il rapporto segnale/rumore, l'intervallo di risposta in frequenza delle vibrazioni, la risoluzione spaziale e l'accuratezza del riconoscimento del modello di vibrazione.

Questa recensione riassume ulteriormente le applicazioni ingegneristiche dei sistemi φ-OTDR in vari campi, tra cui l'esplorazione geologica, la protezione delle condutture, la sicurezza perimetrale e il rilevamento di scariche parziali nei cavi, nonché applicazioni speciali come il rilevamento della forma, il rilevamento della concentrazione di gas e il rilevamento di infezioni nocive. .