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. .