Fortschritte in der verteilten faseroptischen Vibrations-/Akustik-Sensortechnologie

Eine neue Veröffentlichung von Optoelektronische Fortschritte bespricht Fortschritte in der verteilten faseroptischen Vibrations-/Akustiksensortechnologie.

Die verteilte faseroptische Vibrations-/Akustiksensortechnologie nutzt das rückgestreute Rayleigh-Licht, das durch periodisches Injizieren von Laserimpulsen in die zu testende Faser (FUT) erzeugt wird, um eine Vibrationserkennung 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, wodurch sie sich für verschiedene Anwendungsperspektiven eignet, 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 der Basis von φ-OTDR im Jahr 2005 rasant entwickelt. Später wurde es zu Distributed Acoustic Sensing (DAS) weiterentwickelt )-Technologie mit der Fähigkeit, akustische Wellenformen quantitativ zu analysieren. Auf dieser Grundlage haben Forscher umfangreiche Forschungsarbeiten durchgeführt, um die Erfassungsleistungen von φ-OTDR-Systemen zu verbessern, einschließlich wichtiger Leistungsparameter wie Erfassungsabstand, räumliche Auflösung, Frequenzgangbereich und Ereigniserkennungsgenauigkeit. Basierend auf seiner überlegenen weitreichenden und hochauflösenden verteilten Erfassungsfähigkeit wurde φ-OTDR in den letzten Jahren in technischen Anwendungen weit verbreitet eingesetzt, insbesondere in den aufstrebenden Bereichen der Erfassung seismischer Wellen, der Exploration von Öl- und Gasressourcen, der Erkennung von Pipelinelecks und des Perimeters Schutz, Kabel-Teilentladungsüberwachung etc.

In Zukunft wird φ-OTDR-basiertes DVS/DAS mit der Entwicklung von Glasfaserkabeln mit erhöhter Empfindlichkeit, neuartigen Sensormechanismen, effizienten Signalverarbeitungsverfahren und genauen Algorithmen zur Erkennung von Vibrationsereignissen ein großes Potenzial für eine breite Palette kommerzieller Anwendungen zeigen , einschließlich verteilter Faserformerfassung und geologischer Exploration. Abschließend erörterte dieser Artikel die Aussichten und Herausforderungen der zukünftigen Entwicklung der φ-OTDR-basierten DVS/DAS-Technologie.

Die Forschungsgruppen von Professor Liyang Shao von der Southern University of Science and Technology, China, und Professor Feng Wang von der Nanjing University, China, überprüften gemeinsam den Forschungsfortschritt der φ-OTDR-basierten faseroptischen DVS/DAS-Technologie und ihre aufkommenden Anwendungen. Zunächst wurden die Messprinzipien des DVS-φ-OTDR basierend auf der Demodulation der Rayleigh-Rückstreulichtintensität und des DAS-φ-OTDR-Systems basierend auf der Phasendemodulation analysiert. Die DAS-Phasendemodulationstechniken, wie z. B. heterodynes Erkennungsschema mit I/Q-Demodulation, heterodynes Erkennungsschema mit Hilbert-Transformation, direktes Erkennungsschema basierend auf einem 3 x 3-Koppler und direktes Erkennungsschema basierend auf einem phasenerzeugenden Trägeralgorithmus, wurden eingeführt und verglichen. Dann wurden die Methoden zur Leistungssteigerung im Detail für die wichtigsten Sensorparameter von φ-OTDR-Systemen diskutiert und analysiert, einschließlich maximaler Erfassungsabstand, Signal-Rausch-Verhältnis, Vibrationsfrequenzgangbereich, räumliche Auflösung und Genauigkeit der Vibrationsmustererkennung.

Diese Übersicht fasst die technischen Anwendungen von φ-OTDR-Systemen in verschiedenen Bereichen zusammen, einschließlich geologischer Exploration, Pipelineschutz, Perimetersicherheit und Kabelteilentladungserkennung sowie Spezialanwendungen wie Formerkennung, Gaskonzentrationserkennung und Schädlingsinfektionserkennung .

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