Cảm biến nhiệt độ phân tán (DTS), cảm biến nhiệt độ và biến dạng phân tán (DTSS) và cảm biến âm thanh phân tán (DAS) đều là một loạt các công nghệ cảm biến sợi quang. Nó sử dụng các tính chất vật lý của ánh sáng khi nó di chuyển dọc theo các sợi quang để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ. Căng thẳng Cảm biến sợi quang sử dụng sợi quang làm cảm biến để tạo ra hàng nghìn điểm phát hiện liên tục dọc theo sợi quang, được gọi là phát hiện sợi quang phân tán.

Phát hiện sợi quang là gì?

Cảm biến sợi quang sử dụng các tính chất vật lý của ánh sáng di chuyển dọc theo sợi quang để phát hiện sự thay đổi nhiệt độ. Căng thẳng Cảm biến sợi quang sử dụng sợi quang làm cảm biến để tạo ra hàng nghìn điểm phát hiện liên tục dọc theo các sợi quang. Phương pháp này được gọi là cảm biến sợi quang phân tán, trong đó bản thân sợi quang hoạt động như một cảm biến sợi quang phân tán.

Các thiết bị được sử dụng để đo sợi thủy tinh thường được gọi là chất vấn. Mục đích của nó là sử dụng sợi thủy tinh tiêu chuẩn hoặc sợi thủy tinh cụ thể để đo nhiệt độ. Căng thẳng hoặc rung động dọc theo các sợi thủy tinh Sử dụng các kỹ thuật phát hiện sợi thủy tinh khuếch tán Raman, Brillouin hoặc Coherent Rayleigh.

Ví dụ, sử dụng thiết bị thẩm vấn phát hiện sợi quang, sẽ có thể:

• Phát hiện và xác định vị trí các điểm nóng dọc theo dây.
• Phát hiện và xác định vị trí căng thẳng quá mức trên cáp quang viễn thông và khắc phục chúng trước khi chúng bị đứt.
• Phát hiện nhiễu của bên thứ ba trên đường ống hoặc kết nối trung tâm dữ liệu (DCI).

Dưới đây là một số ví dụ về các ứng dụng phát hiện sợi quang:

Phát hiện sợi quang hoạt động như thế nào?

Cáp quang có thể hoạt động như một đường dẫn liên lạc giữa trạm thử nghiệm và các cảm biến bên ngoài, được gọi là phát hiện bên ngoài. Tuy nhiên, Khi bản thân cáp quang hoạt động như một hệ thống phát hiện sợi quang. Đây được gọi là phát hiện sợi quang bên trong.

Lợi ích của loại công nghệ cảm biến sợi quang này là không cần kết nối mô-đun giữa sợi quang và cảm biến bên ngoài. Điều này làm giảm độ phức tạp và chi phí. Các kích thích bên ngoài như nhiệt độ, căng thẳng hoặc rung động (sóng âm thanh) cần ảnh hưởng đến ánh sáng dẫn bên trong cáp theo cách có thể đo được. Để cung cấp thông tin hữu ích.

Khi các photon ánh sáng bị tán xạ bởi vật liệu sợi một cách ngẫu nhiên. Nó được gọi là tán xạ Rayleigh. Nguyên tắc này đã được chứng minh là hữu ích với nhiều loại kỹ thuật kiểm tra sợi quang, chẳng hạn như kiểm tra sợi quang OTDR, do cường độ, bước sóng và vị trí của ánh sáng tán xạ trở lại máy dò. Kích thước và vị trí của các sự kiện suy giảm và phản xạ trong sợi quang có thể được xác định.

Tương tự, Tán xạ Raman gây ra sự thay đổi trong các photon tán xạ trở lại nguồn của chúng trong dải Stokes do nhiệt độ gây ra. Điều này giúp bạn có thể xác định chính xác nhiệt độ tại bất kỳ vị trí nào trên sợi quang.

Tán xạ Brillian cũng là một hiện tượng tương tự. Các bước sóng ánh sáng tán xạ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ bên ngoài và kích thích âm thanh theo cách có thể dự đoán được. Thông tin này, khi kết hợp với kiến thức cơ bản về nhiệt độ tại cùng một điểm, Nó có thể được sử dụng để đánh giá chính xác ứng suất mà các sợi tiếp xúc và phân tích để xác định các khu vực (vùng) của các sợi bị ảnh hưởng.

Tán xạ kết hợp Rayleigh có thể được sử dụng để phát hiện rung động và sóng âm thanh. Sự dịch pha của ánh sáng nhạy cảm với các rung động và sóng âm mà cáp quang nhận được. Các phân tích dịch pha này có thể xác định vị trí và cường độ rung động dọc theo toàn bộ chiều dài của sợi thủy tinh.

Phát hiện sợi quang phân tán

Tán xạ Raman, Brilluin và Rayleigh được sử dụng để phát hiện sợi phân tán (DFS), tán xạ Raman được sử dụng để phát hiện nhiệt độ khuếch tán (DTS), tán xạ brilloin được sử dụng để phát hiện nhiệt độ khuếch tán và ứng suất (DTSS) và tán xạ Rayleigh được sử dụng để phát hiện âm thanh khuếch tán (DAS).

Trong bối cảnh này, thuật ngữ "phân tán" đề cập đến công nghệ phát hiện sợi thủy tinh có thể liên tục đo toàn bộ chiều dài của sợi thủy tinh hoặc cảm biến sợi phân tán. Do đó, sợi thủy tinh viễn thông tiêu chuẩn có thể được sử dụng làm phương tiện. Nếu nhiệt độ dự kiến dưới 100 độ C (212 độ F) và các sợi thủy tinh không bị xáo trộn quá nhiều bởi hóa chất hoặc cơ chế.

Phát hiện sợi quang đã phát triển như thế nào?

Trước khi cáp quang nổi lên như một phương tiện viễn thông vào những năm 1970, tiềm năng rõ ràng của sợi quang cho các ứng dụng cảm biến đã được nhận ra. Cảm biến quang tử, là cảm biến sợi quang bên ngoài được sử dụng để đo rung động không tiếp xúc. Vào giữa những năm 1980, nguyên lý của con quay hồi chuyển sợi quang đã được xây dựng. Theo dõi sự lệch pha của nguồn sáng laser nằm bên trong sợi quang giúp thu được dữ liệu quay chính xác.

Các thành phần và cơ sở hạ tầng tương tự được phát triển cho cáp quang truyền thông, bao gồm cả sợi quang đơn mode. Bộ ghép nối và bộ chia đều phù hợp với cơ sở hạ tầng cảm biến sợi quang. Các tính năng bổ sung hữu ích cho việc phát hiện sợi quang bao gồm khả năng miễn nhiễm với các kích thích điện. Mặc dù phát hiện sợi quang nội tại đầu tiên được phát triển vào những năm 1970, nhưng phát hiện sợi quang phân tán đã trở nên phổ biến rộng rãi trong đo nhiệt độ. Cho đến đầu những năm 1990, ngành công nghiệp dầu khí là một trong những ngành đầu tiên nhận ra những lợi ích to lớn của hệ thống cảm biến nhiệt độ phân tán sợi quang vào cuối những năm 1990.

Trong cùng thời kỳ, khoe khoang sợi đã được phát triển, sử dụng cấu trúc sợi đã được sửa đổi, với một "tấm gương". Mặc dù khám phá này được thực hiện một cách tình cờ trong một số thí nghiệm ánh sáng argon-ion, nhưng nó đã được chứng minh là hữu ích để phát hiện bằng một số loại sợi quang.

Sàng hoạt động như một bộ lọc, phản xạ bước sóng đã chọn và cho phép các bước sóng khác đi qua. Bước sóng phản xạ có thể thay đổi tùy thuộc vào nhiệt độ. Điều này tạo ra một chữ ký độc đáo trên mỗi rây trong sợi thủy tinh. Mặc dù định dạng này được sử dụng hiệu quả trong nhiều ngành công nghiệp, nhưng cần phải có cấu trúc sợi thủy tinh chuyên dụng và phân tích bước sóng có độ phân giải rất cao. Điều này làm cho nó tốn kém cho một số ứng dụng phát hiện cáp quang phân tán.

Năm 2017, Hiệp hội Cảm biến Sợi quang (FOSA), một tổ chức phi lợi nhuận, được thành lập để giáo dục công chúng. FOSA cung cấp nội dung giáo dục dựa trên nhiều lợi ích hiện tại và mong đợi. Bằng cách ủng hộ việc sử dụng cảm biến sợi quang để ảnh hưởng đến một loạt các vấn đề như hoạt động địa chấn, buôn bán người và giao thông vận tải, hiệp hội và các nhà lãnh đạo của hiệp hội đã là tiếng nói cho công nghệ cảm biến sợi quang đột phá.

Các ứng dụng của cảm biến sợi quang phân tán là gì?

Sau đây là một số ứng dụng có thể được xử lý bằng thiết bị thẩm vấn phát hiện sợi quang.

• Phát hiện mạng quang: Bảo vệ, giám sát hoặc giám sát mạng cáp quang.
• Phát hiện và giám sát cơ sở hạ tầng: Cáp quang có thể được sử dụng để giám sát cơ sở hạ tầng, sử dụng cáp quang làm thiết bị giám sát. Trong trường hợp này, cáp quang có thể được lắp đặt dọc theo các cơ sở hạ tầng quan trọng như cầu, đường ống, v.v. Để gửi cảnh báo nếu cáp quang có biểu hiện căng thẳng, chuyển động hoặc nhiệt độ của cáp quang khiến cơ sở hạ tầng có nguy cơ bị hư hỏng hoặc hỏng hóc. Điều này có thể được sử dụng để cố định các khe hở, chẳng hạn như cửa ra vào hoặc nắp hố ga, để tạo báo động nếu lỗ bị thủng.
• Bảo vệ cơ sở hạ tầng: Phát hiện âm thanh có thể được sử dụng để xác định và xác định vị trí các mối đe dọa (cố ý và vô ý) xung quanh các tài sản quan trọng như biên giới, đường sắt, đường dây điện và đường ống.

Có một số ứng dụng giám sát cơ sở hạ tầng hoạt động với bộ thẩm vấn phát hiện sợi quang VIAVI.

• Phát hiện chuyển động mặt đất và nhiễu của bên thứ ba dọc theo đường ống
• Phát hiện biến dạng cơ học của đường ống.
• Phát hiện và xác định vị trí rò rỉ dọc theo đường ống Đập, đập nước, v.v.
• Phát hiện và xác định vị trí các mối đe dọa hoặc điểm căng thẳng trong mạng quang viễn thông.
• Phát hiện và xác định các điểm nhiệt cao hoặc cảnh báo lân cận dọc theo đường dây điện

Làm thế nào để cơ sở hạ tầng có thể được kiểm tra định kỳ?

Với các công cụ cầm tay như nền tảng OneAdvisor hỗ trợ hệ thống DTS hoặc DTSS, các thanh tra viên có thể ra hiện trường và thực hiện các phép đo trên cáp quang. Một lựa chọn khác là sử dụng ONMSi và đầu kiểm tra cáp quang gắn trên giá đỡ hỗ trợ hệ thống DTS, DTSS hoặc DAS để giám sát cáp quang lâu dài và gửi cảnh báo nếu phát hiện bất kỳ thay đổi hoặc sự kiện nào.

Dưới đây là một ví dụ về DTSS:

• Trình xác minh DTSS là Brillouin OTDR (BOTDR). Ánh sáng lan truyền về phía trước tạo ra ánh sáng tán xạ ngược Brillouin có hai bước sóng, từ tất cả các điểm trên sợi thủy tinh.

• Bước sóng của ánh sáng brilluin tán xạ ngược khác với bước sóng của ánh sáng tới phía trước và được gọi là "stokes" và "antistokes". Sự khác biệt về mức độ và tần số của brilliinstokes và antistogues là một bức tranh về nhiệt độ và ứng suất dọc theo các sợi.

Kiểm tra cáp quang làm giảm thời gian sửa chữa cơ sở hạ tầng quan trọng hoặc mạng cáp quang (MTTR) như thế nào?

Giám sát sợi quang sẽ ngay lập tức gửi cảnh báo khi phát hiện thấy thay đổi. Nó cũng có thể hiển thị vị trí trên bản đồ với vị trí của sự kiện được phát hiện trên sợi quang. Cho phép các tổ chức vận chuyển đến Kiểm tra sợi quang hoặc cố định nó vào đúng vị trí mỗi lần và giảm thời gian cần thiết để tìm ra sự cố trên sợi quang. Tìm hiểu thêm về thử nghiệm sợi quang

Khách hàng của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông và trung tâm dữ liệu thuê cáp quang tối sẽ báo cáo sự cố mất điện do sợi quang bị đứt. Nhưng thường xuyên hơn là sợi quang bị đứt. Cáp có thể bị căng vĩnh viễn ở cả hai mặt của cáp hoặc bị hỏng. Ví dụ, một máy xúc đang đào cáp. Giám sát ứng suất sẽ cho phép các kỹ thuật viên xác định chính xác những bộ phận nào của cáp cần được thay thế và cho phép chủ sở hữu cáp buộc bên bị hư hỏng phải chịu trách nhiệm. Với bằng chứng phát hiện cáp quang DTSS, điều tương tự cũng xảy ra đối với thiệt hại do thời tiết xấu và các mảnh vụn như cành cây rơi vào cáp trong không khí.

‍

Vấn đề phổ biến nhất nhưng khó chẩn đoán nhất trong sợi quang của mạng xảy ra khi có lực căng quá mức trên sợi quang, khiến sợi quang bị giãn ra vĩnh viễn. Điều này làm suy yếu sợi quang và có thể làm thay đổi đặc tính truyền ánh sáng của nó. Dưới đây là hình ảnh thử nghiệm biến dạng cho thấy ba đỉnh biến dạng sử dụng DTSS. Những đỉnh này chỉ ra rằng sợi này cần được thay thế.

Cách phát hiện sợi quang có thể ngăn ngừa hư hỏng và tránh sửa chữa cơ sở hạ tầng quan trọng

Công nghệ cảm biến sợi quang cung cấp một giải pháp mạnh mẽ cho các tổ chức tiện ích điện. Tối ưu hóa việc giám sát và bảo trì cơ sở hạ tầng. Với việc sử dụng cáp quang tích hợp vào cáp điện. Các cơ quan tiện ích có thể liên tục theo dõi các thông số quan trọng trong thời gian thực. Nó cho phép thực hiện các biện pháp chủ động để ngăn ngừa hư hỏng và tránh chi phí sửa chữa rất cao.

Cáp điện tiếp xúc với nhiều ứng suất môi trường và vận hành, có thể dẫn đến quá nhiệt. Ứng suất cơ học và hỏng hóc có thể xảy ra Lắp đặt cáp quang dọc theo cáp điện có thể được sử dụng để theo dõi nhiệt độ. Có thể phát hiện căng thẳng và rung động theo thời gian thực. Ví dụ, phát hiện điểm nóng có thể xác định các khu vực mà lớp cách điện có thể xấu đi hoặc quá tải. Xác định sớm những vấn đề này cho phép các cơ quan tiện ích lên lịch bảo trì tại chỗ trước khi các vấn đề nhỏ leo thang thành các vấn đề lớn, giúp ngăn ngừa mất điện và giảm chi phí sửa chữa.

Một ưu điểm quan trọng khác của phát hiện cáp quang là khả năng xác định chính xác các khuyết tật dọc theo đường dây truyền tải điện. Các phương pháp phát hiện khuyết tật truyền thống có thể tốn thời gian và chi phí. Điều này thường đòi hỏi phải kiểm tra thủ công kỹ lưỡng bằng xe tải, máy bay trực thăng hoặc máy bay không người lái. Phát hiện cáp quang có thể xác định và xác định vị trí các khuyết tật do hư hỏng vật lý. các yếu tố môi trường hoặc trục trặc trong công việc một cách nhanh chóng. Khả năng nhanh chóng xác định vị trí lỗi này cho phép các công ty tiện ích phản ứng nhanh chóng. Giảm thời gian ngừng hoạt động và đảm bảo độ tin cậy của nguồn điện cao hơn.

Tương lai của phát hiện sợi quang là gì?

Xem xét nhiều lợi ích được cung cấp bởi cảm biến sợi quang trong nhiều ngành công nghiệp, đây không phải là trường hợp. FOSA đã nghiên cứu kỹ lưỡng những khả năng này, bao gồm việc sử dụng cảm biến sợi quang trong "thành phố thông minh", tích hợp Internet vạn vật (IoT) và những cải tiến cáp quang mới được thiết kế đặc biệt để xử lý các môi trường khó khăn hơn.

Phát hiện đường viền sợi quang là một quy trình mới cung cấp thông tin vị trí chính xác theo thời gian thực trải dài các dải bước sóng dài và hình học phức tạp. Với sợi được nhúng bên trong hoặc kết nối với đối tượng mong muốn. Các cấu trúc như tuabin gió, đường hầm và các tòa nhà cao tầng có thể đồng thời liên tục theo dõi và theo dõi hình dạng của chúng, có tính đến nhiệt độ, áp suất và các thông số khác.

Khả năng phát hiện hình dạng tương tự này cũng có thể được sử dụng để khám phá và chẩn đoán cơ thể con người trong các cải tiến thiết bị y tế mới. Phát hiện sợi quang có thể được sử dụng để theo dõi các dụng cụ phẫu thuật. Nó hỗ trợ hình ảnh và thậm chí chẩn đoán các bệnh mạch máu. Khi an ninh biên giới trở nên quan trọng hơn, Việc sử dụng nhiều công nghệ phát hiện cáp quang hơn có thể dẫn đến việc sử dụng nhiều hơn các "hàng rào" cáp quang, có thể xác định các cuộc xâm nhập mà không cần các rào cản vật lý rườm rà.

Mặc dù những tiến bộ đáng chú ý trong truyền dữ liệu và truyền thông đã xảy ra trên sợi quang đã được công nhận rộng rãi. Nhưng khả năng phát hiện thông qua một loạt các sợi quang phân tán được hỗ trợ bởi các thành phần cơ bản tương tự này có thể không được biết đến. Khi xã hội trở nên kết nối hơn, Nhu cầu giám sát, bảo mật và giảm độ trễ sẽ tiếp tục tăng lên. Việc sử dụng sáng tạo phát hiện sợi quang sẽ giúp biến điều này thành hiện thực.