分布式光纖聲學傳感系統DAS

分布式光纖聲學傳感定義

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

分布式聲學傳感系統的獨特之處在于它沿著傳感電纜的長度提供連續（或分布式）溫度分布，而不是在離散的傳感點處。

分布式聲學傳感技術

通常，DAS技術使用標準的電信光纖電纜，只有在高溫（大于100°C）時才需要專用光纖。傳感光纖通常基于單模光纖，盡管有一些專用應用使用多模傳感光纖。

DAS系統的范圍通常為每個傳感光纖高達50km，每個詢問單元通常有1或2個可同時操作的通道，例如DAS可以測量長達100km，2通道單元在任一方向上測量50km。

分布式聲學傳感理論與應用

測量原理

分布式聲學傳感器詢問單元將激光脈沖傳輸到光纖中。當這種光脈沖沿光纖傳播時，光纖內的相互作用導致被稱為反向散射的光反射，這是由光纖內的微小應變（或振動）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單元，在那里以瑞利頻率對其進行采樣。激光脈沖所需的時間允許反向散射事件準確地映射到光纖距離 – 這被稱為光時域反射計。

當今市場上的大多數分布式聲學傳感系統基于稱為相干光時域反射計（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射脈沖的持續時間決定，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，希望使用更長的脈沖長度來增加反射光水平，但這導致更大的空間分辨率。通常，大多數系統的空間分辨率為5-10米。

DAS與其他光纖分布式傳感系統的比較

有許多其他分布式光纖傳感技術依賴于不同的散射機制，可用于測量其他參數。

• 基于布里淵的系統通常用于測量分布應變和溫度。
  布里淵散射比瑞利散射弱得多，因此必須將來自多個脈沖的反射相加在一起以便能夠進行測量。因此，使用布里淵散射測量變化的最大頻率通常為幾十Hz，而基于瑞利的COTDR DAS系統具有kHz靈敏度。
• 基于拉曼的系統通常用于溫度測量，DTS系統通常基于拉曼技術。拉曼散射的強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果。因此，基于拉曼的系統僅適用于測量緩慢變化的溫度。

數據采集??，信號處理和可視化

由于分布式聲學傳感系統產生大量數據，因此有一種管理，處理和數據可視化的策略至關重要。這些系統以高于10Khz的速率在多達20個感應點采集數據。這相當于可以在幾天內填充太字節驅動器的速率。

通常，詢問單元與管理數據存儲和處理的處理單元（工業PC或服務器）聯網。通常，存在用于存儲原始數據的滾動緩沖區，因為存儲多于此的內容很少。

處理單元使用一系列智能算法進行編程，用于解釋原始數據并分析是否與預先定義的事件匹配，例如入侵事件或管道泄漏。光纖傳感電纜將被劃分為多個區域，其中將選擇特定選擇的算法并在每個區域內分配警報。

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，可以根據站點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警。另一種方法是，該DAS軟件接口與現有的SCADA，控制或安全軟件包在這種情況下，該事件將在3突出顯示當事人的軟件。

分布式聲學傳感應用

分布式聲學傳感是一種非常通用和不斷發展的技術。我們今天看到的一些更常見的應用領域包括：

• 電力電纜監控
• 海底電纜監控
• 架空電纜監控
• 周界入侵檢測系統
• 火災探測