分布式光纖聲學(xué)傳感系統(tǒng)DAS

分布式光纖聲學(xué)傳感定義

分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)（DAS）是基于光纖的光電器件，其測(cè)量沿著光纖傳感電纜的長(zhǎng)度的聲學(xué)相互作用。

分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)的獨(dú)特之處在于它沿著傳感電纜的長(zhǎng)度提供連續(xù)（或分布式）溫度分布，而不是在離散的傳感點(diǎn)處。

分布式聲學(xué)傳感技術(shù)

通常，DAS技術(shù)使用標(biāo)準(zhǔn)的電信光纖電纜，只有在高溫（大于100°C）時(shí)才需要專用光纖。傳感光纖通常基于單模光纖，盡管有一些專用應(yīng)用使用多模傳感光纖。

DAS系統(tǒng)的范圍通常為每個(gè)傳感光纖高達(dá)50km，每個(gè)詢問(wèn)單元通常有1或2個(gè)可同時(shí)操作的通道，例如DAS可以測(cè)量長(zhǎng)達(dá)100km，2通道單元在任一方向上測(cè)量50km。

分布式聲學(xué)傳感理論與應(yīng)用

測(cè)量原理

分布式聲學(xué)傳感器詢問(wèn)單元將激光脈沖傳輸?shù)焦饫w中。當(dāng)這種光脈沖沿光纖傳播時(shí)，光纖內(nèi)的相互作用導(dǎo)致被稱為反向散射的光反射，這是由光纖內(nèi)的微小應(yīng)變（或振動(dòng)）事件決定的，這些事件又是由局部聲能引起的。這種反向散射的光沿著光纖向上傳播到詢問(wèn)單元，在那里以瑞利頻率對(duì)其進(jìn)行采樣。激光脈沖所需的時(shí)間允許反向散射事件準(zhǔn)確地映射到光纖距離 – 這被稱為光時(shí)域反射計(jì)。

當(dāng)今市場(chǎng)上的大多數(shù)分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)基于稱為相干光時(shí)域反射計(jì)（COTDR）的原理。

 

空間分辨率和空間采樣周期

空間分辨率主要由發(fā)射脈沖的持續(xù)時(shí)間決定，100ns脈沖給出10m分辨率是典型值。反射光的量與脈沖長(zhǎng)度成比例，因此在空間分辨率和最大范圍之間存在折衷。為了改善最大范圍，希望使用更長(zhǎng)的脈沖長(zhǎng)度來(lái)增加反射光水平，但這導(dǎo)致更大的空間分辨率。通常，大多數(shù)系統(tǒng)的空間分辨率為5-10米。

DAS與其他光纖分布式傳感系統(tǒng)的比較

有許多其他分布式光纖傳感技術(shù)依賴于不同的散射機(jī)制，可用于測(cè)量其他參數(shù)。

• 基于布里淵的系統(tǒng)通常用于測(cè)量分布應(yīng)變和溫度。
  布里淵散射比瑞利散射弱得多，因此必須將來(lái)自多個(gè)脈沖的反射相加在一起以便能夠進(jìn)行測(cè)量。因此，使用布里淵散射測(cè)量變化的最大頻率通常為幾十Hz，而基于瑞利的COTDR DAS系統(tǒng)具有kHz靈敏度。
• 基于拉曼的系統(tǒng)通常用于溫度測(cè)量，DTS系統(tǒng)通常基于拉曼技術(shù)。拉曼散射的強(qiáng)度甚至低于布里淵散射，因此通常需要平均許多秒或甚至幾分鐘以獲得合理的結(jié)果。因此，基于拉曼的系統(tǒng)僅適用于測(cè)量緩慢變化的溫度。

數(shù)據(jù)采集??，信號(hào)處理和可視化

由于分布式聲學(xué)傳感系統(tǒng)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，因此有一種管理，處理和數(shù)據(jù)可視化的策略至關(guān)重要。這些系統(tǒng)以高于10Khz的速率在多達(dá)20個(gè)感應(yīng)點(diǎn)采集數(shù)據(jù)。這相當(dāng)于可以在幾天內(nèi)填充太字節(jié)驅(qū)動(dòng)器的速率。

通常，詢問(wèn)單元與管理數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的處理單元（工業(yè)PC或服務(wù)器）聯(lián)網(wǎng)。通常，存在用于存儲(chǔ)原始數(shù)據(jù)的滾動(dòng)緩沖區(qū)，因?yàn)榇鎯?chǔ)多于此的內(nèi)容很少。

處理單元使用一系列智能算法進(jìn)行編程，用于解釋原始數(shù)據(jù)并分析是否與預(yù)先定義的事件匹配，例如入侵事件或管道泄漏。光纖傳感電纜將被劃分為多個(gè)區(qū)域，其中將選擇特定選擇的算法并在每個(gè)區(qū)域內(nèi)分配警報(bào)。

有許多方法可視化這些事件。一種是使用特定于DTS的可視化軟件，例如，可以根據(jù)站點(diǎn)地圖或圖表顯示光纖的路徑，并且如果有事件，它將突出顯示事件的位置并顯示報(bào)警。另一種方法是，該DAS軟件接口與現(xiàn)有的SCADA，控制或安全軟件包在這種情況下，該事件將在3突出顯示當(dāng)事人的軟件。

分布式聲學(xué)傳感應(yīng)用

分布式聲學(xué)傳感是一種非常通用和不斷發(fā)展的技術(shù)。我們今天看到的一些更常見(jiàn)的應(yīng)用領(lǐng)域包括：

• 電力電纜監(jiān)控
• 海底電纜監(jiān)控
• 架空電纜監(jiān)控
• 周界入侵檢測(cè)系統(tǒng)
• 火災(zāi)探測(cè)