TEKNOLOGI DI BALIK FOTAS

platform penginderaan akustik terdistribusi

FOTAS: Solusi Canggih dalam Penginderaan Akustik Terdistribusi

penginderaan akustik terdistribusi (das) teknologi ini menggunakan kabel serat optik sebagai sensor untuk mendeteksi sinyal akustik. Fotas menggabungkan teknologi ini dengan laser, teknik serat optik, dan kecerdasan buatan.

Kecerdasan buatan membantu menganalisis dan menafsirkan sejumlah besar data yang dikumpulkan oleh DAS. Hal ini membuat sistem efektif di bidang seperti keamanan dan pemantauan infrastruktur.

Bagian-bagian di bawah ini menjelaskan cara kerja teknologi tersebut, dimulai dari serat optik itu sendiri dan berlanjut melalui laser, penginderaan akustik terdistribusi, dan reflektometri domain waktu optik.

media penginderaan

Serat Optik

Serat optik adalah sub-bidang optik. Sementara optik adalah bidang cahaya secara umum, serat optik berkaitan dengan fenomena optik di dalam serat kaca saja. "Serat" berarti benang, jadi serat optik mengacu pada benang kaca yang memungkinkan cahaya melewatinya.

Sebagian besar infrastruktur telekomunikasi saat ini didasarkan pada kabel serat optik. Kabel-kabel ini merupakan turunan dari kabel listrik tembaga — tetapi jika kabel listrik sudah ada, mengapa kabel serat optik digunakan sebagai gantinya?

Kabel telekomunikasi standar sebelumnya terbuat dari tembaga atau logam konduktif lainnya. Kabel-kabel ini membawa elektron dari satu ujung ke ujung lainnya, dan dengan bantuan perangkat lain, arus ini membawa data yang berharga. Saluran telepon sebelumnya, dan kemudian saluran internet, dibangun dari jenis kabel ini.

Seiring meningkatnya volume data yang ditransfer, kabel berbasis arus mulai tidak mampu lagi memenuhi kebutuhan tersebut. Pada tahun 1990, terdapat sekitar 2,6 juta pengguna internet; pada tahun 2016, jumlah tersebut telah mencapai 3,406 miliar. Kabel listrik konvensional tidak dapat menangani permintaan ini, dan serat optik menggantikannya.

mengapa serat menggantikan tembaga

Kabel Serat Optik vs Kabel Tembaga

Kabel serat optik dapat mengirimkan data jauh lebih banyak daripada kabel tembaga — perbedaannya sekitar 10 hingga 1000 kali lipat. Kapasitas menempatkan serat optik di depan, tetapi keunggulannya tidak berhenti di situ.

10–1000×

Kapasitas Transmisi

Kabel serat optik membawa data yang jauh lebih banyak daripada konduktor tembaga dengan ukuran yang sebanding.

minimal

Kehilangan Data

Transmisi optik mempertahankan kualitas sinyal pada jarak yang jauh lebih panjang sebelum diperlukan penguatan.

cahaya

Kecepatan Transfer

Data dibawa oleh foton yang bergerak melalui inti kaca, bukan oleh elektron dalam konduktor logam.

kebal

Ketahanan EMI

Kabel yang ringan dan tahan lama tidak terpengaruh oleh interferensi elektromagnetik di sepanjang jalur luar ruangan.

konstruksi kabel serat optik: inti, lapisan pelapis, dan lapisan pelindung.

Komponen utama kabel serat optik adalah serat optik itu sendiri. Serat optik terbuat dari kaca atau bahan serupa, dan tujuannya adalah untuk membawa cahaya — sehingga bahan tersebut harus transparan. Cahaya yang merambat di dalam kabel dihasilkan oleh perangkat laser.

Selain transparansi, bahan tersebut harus tahan lama, fleksibel, murah, dan mudah diproduksi. Kaca sangat fleksibel dengan diameter 9 mikrometer, dan umat manusia memiliki pengalaman industri dan kerajinan selama ribuan tahun dengannya. Sepotong kaca ditarik dari ketinggian dan diproses hingga menjadi semakin tipis, hingga intinya mencapai sekitar 9 mikrometer.

Kabel serat optik tidak hanya terdiri dari inti kaca saja. Cahaya yang merambat melalui inti yang tidak terlindungi akan tersebar ke arah acak, sehingga membutuhkan pandu gelombang dan lapisan pelindung untuk mencapai lokasi target dengan kehilangan minimum.

inti bagian tengah kaca transparan, berdiameter sekitar 9 mikrometer, tempat foton benar-benar bergerak.

pelapis lapisan dengan indeks bias lebih rendah daripada inti, membentuk pandu gelombang yang menjaga cahaya tetap merambat di dalam inti.

lapisan lapisan pelindung yang diterapkan di atas selubung. Untuk penggunaan khusus, ini termasuk perlindungan UV dan radiasi, memungkinkan penyebaran di mana saja — termasuk rute transatlantik.

perambatan cahaya

Bagaimana Foton Merambat di Dalam Serat Optik

Cahaya merambat di dalam inti dan memantul dari dinding serat saat merambat. Kabel serat optik dirancang sedemikian rupa sehingga sinar cahaya tidak dapat merambat keluar — namun demikian, sebagian di antaranya tetap lolos. Fenomena ini disebut kehilangan optik.

Hukum fisika yang menyebabkan cahaya memantul dan tetap berada di dalam kabel adalah Hukum Snell. Ketika cahaya tetap berada di dalam kabel tanpa kehilangan saat memantul, fenomena ini disebut Refleksi Internal Total.

hukum Snell mengatur pembiasan di batas antara inti dan selubung, mengarahkan cahaya kembali ke inti.

refleksi internal total menjaga cahaya tetap terarah sepanjang serat optik dalam jarak jauh dengan kehilangan minimum.

kehilangan optik sebagian kecil cahaya yang lolos atau diserap saat pulsa merambat.

bagaimana foton bergerak di dalam serat optik melalui refleksi internal total

sumber cahaya

Laser

Kata laser adalah akronim dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Penguatan Cahaya melalui Emisi Radiasi Terstimulasi). Sistem DAS dan banyak sistem lainnya bergantung pada teknologi laser. Sistem FOTAS menggunakan cahaya laser untuk mendapatkan data intrusi: cahaya laser merambat melintasi kabel serat optik dan tersebar di dalamnya, dan cahaya yang tersebar dikumpulkan oleh unit OTDR.

Laser mungkin tampak seperti sumber cahaya biasa, tetapi sebenarnya jauh berbeda. Cahaya laser terkolimasi, koheren, dan terpolarisasi — tiga sifat yang memungkinkan Phase-OTDR dan FOTAS.

Cahaya laser koheren dibandingkan dengan cahaya biasa

Cahaya Terkolimasi

Semua sinar laser sejajar dan searah. Mereka bergerak searah tanpa saling bersilangan, sehingga hampir tidak ada daya yang hilang dalam perjalanan ke lokasi target.

Divergensi masih ada, tetapi sangat kecil dibandingkan dengan bohlam atau LED — yang justru memungkinkan jarak deteksi yang jauh.

Koherensi dan Fase

Foton dalam laser memiliki fase, arah, dan polarisasi yang sama. "Fase" berasal dari kata Yunani untuk penampilan, jadi perbedaan fase berarti satu gelombang berjalan di depan atau di belakang gelombang lainnya.

Fase yang sama memusatkan energi — seperti menggabungkan banyak pukulan palu lemah menjadi satu pukulan efektif. Kesamaan fase inilah yang memungkinkan Phase-OTDR dan FOTAS untuk bekerja.

Gelombang elektromagnetik berosilasi tegak lurus terhadap arah perambatan

Polarisasi

Polarisasi berarti osilasi gelombang memiliki arah yang pasti relatif terhadap perambatannya. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang transversal yang medan listrik dan magnetnya berosilasi tegak lurus terhadap arah perjalanan.

Arah polarisasi didefinisikan sebagai sejajar dengan medan listrik. Contoh sehari-hari yang familiar adalah kacamata 3D, di mana memutar kepala Anda mengubah kecerahan yang dirasakan.

Cara Kerja Laser

Laser bekerja berdasarkan prinsip emisi terstimulasi. Atom memiliki tingkat energi terkuantisasi untuk elektronnya — tingkat energi tersebut ada pada nilai diskrit. Elektron cenderung tetap berada pada tingkat energi yang lebih rendah, tetapi ketika menyerap energi, mereka berpindah ke tingkat energi yang lebih tinggi.

Karena tingkat energi yang lebih tinggi tidak stabil secara energetik, elektron cenderung memancarkan energi ekstra tersebut dan kembali ke tingkat energi yang lebih rendah. Sebagian besar waktu, hal ini terjadi secara spontan, yang disebut emisi spontan.

Dalam laser, emisi ini dikendalikan sehingga emisi menjadi terstimulasi. Ketika sebuah foton diserap oleh elektron yang sudah tereksitasi, elektron tersebut memancarkan dua foton identik. Foton-foton tersebut diserap oleh elektron lain, yang memancarkan lebih banyak foton — prinsip kerja dasar laser.

Mengubah serat menjadi sensor

Penginderaan Akustik Terdistribusi

Penginderaan Akustik Terdistribusi (DAS) adalah teknologi yang mendeteksi sinyal akustik. Gaya yang merambat melalui material menyebabkan perpindahan tekanan pada medium yang dilaluinya — udara, tanah, air, dan sebagainya. Fenomena perpindahan ini disebut gelombang akustik, dan gelombang suara adalah contoh yang paling umum.

Sensor titik tunggal mendeteksi sinyal hanya di satu tempat, seperti ujung jarum. Sebaliknya, pada sensor terdistribusi, struktur penginderaannya kontinu. FOTAS menggunakan kabel serat optik untuk penginderaan akustik terdistribusi: gelombang cahaya yang merambat di dalam kabel dipengaruhi oleh gelombang akustik, dan cahaya yang terpengaruh dideteksi oleh perangkat seperti Optical Time Domain Reflectometry (OTDR).

Teknologi penginderaan akustik terdistribusi di sepanjang jalur serat optik — Penginderaan akustik terdistribusi mengubah jalur serat optik menjadi garis kontinu titik pengukuran.

Penginderaan akustik terdistribusi mengacu pada sistem produk optoelektronik yang melakukan kontrol dan pengukuran waktu nyata melalui kabel serat optik yang membentang di sepanjang batas target.

Cara paling mendasar untuk memahami teknologi FOTAS adalah dengan membayangkan seseorang berjalan di atas treadmill. Saat mereka bergerak melawan arah sabuk, gelombang suara menyebar di sekitar mereka. Seseorang pada jarak tertentu dapat memahami bahwa seseorang berada di atas treadmill melalui pemantauan waktu nyata — bahkan tanpa berada di ruangan yang sama.

Sepanjang proses ini, sinyal akustik diukur di setiap titik di sepanjang kabel serat optik. Tidak seperti sensor yang mengukur pada titik-titik tetap yang telah ditentukan, sistem DAS menggunakan kabel itu sendiri sebagai sensor. Dengan kata lain, sensor akustik terdistribusi mengubah kabel serat optik menjadi mikrofon.

pengukuran terisolasi

Sensor Titik Tunggal

Deteksi hanya terjadi di tempat sensor fisik ditempatkan.

Satu titik deteksi per perangkat
Ruang yang tidak dipantau di antara sensor
Lebih banyak perangkat dan koneksi lapangan
Visibilitas terbatas di sepanjang rute yang panjang

penginderaan berkelanjutan

FOTAS (Distributed Sensing)

Struktur penginderaan kontinu di sepanjang seluruh rute serat optik yang terpasang.

Pengukuran di setiap titik kabel
Kabel itu sendiri bertindak sebagai sensor
Pemantauan waktu nyata di sepanjang rute
Lokalisasi kejadian di sepanjang serat optik

pengukuran dan karakterisasi

Reflektometri Domain Waktu Optik

Reflektometri Domain Waktu Optik adalah metode pengukuran yang digunakan untuk mengkarakterisasi banyak fitur kabel serat optik. Metode ini sebagian besar digunakan untuk menilai kondisi kabel dan menemukan masalah: jika ada masalah terkait transmisi di serat optik, OTDR dapat menemukannya.

Penggunaan yang paling umum adalah untuk menemukan kerusakan. Kabel serat optik dapat membawa data sejauh kurang lebih seratus kilometer sebelum mengalami amplifikasi, sehingga memeriksa setiap titik secara manual akan hampir mustahil. Harus ada perangkat yang memeriksa kabel dari jauh — itulah tujuan OTDR.

Apa Itu OTDR?

OTDR mengirimkan pulsa cahaya ke dalam serat dan mengukur amplitudo cahaya yang dipantulkan kembali. Dari perbedaan waktu, ia menghitung panjang serat, dan dari kehilangan amplitudo, ia menentukan kerugian umum, titik kerusakan, dan efek lain di sepanjang kabel.

Amplitudo cahaya yang dipantulkan kembali selalu menurun di sepanjang jalur karena adanya pengotor dan interaksi partikel-cahaya di dalam serat. Dari penurunan ini, OTDR memperoleh koefisien kerugian — mirip dengan arus listrik yang bertemu dengan hambatan. Prinsip kerja ini mengungkapkan apakah serat tersebut rusak atau mengalami efek penyebab kerugian lainnya.

Semakin jauh pengukuran dilakukan di sepanjang kabel, semakin lemah amplitudo hamburan tersebut. Perangkat ini juga mencatat perbedaan waktu, sehingga lokasi masalah dapat diidentifikasi dan didiagnosis.

analisis jejak OTDR yang menunjukkan amplitudo cahaya hamburan balik di sepanjang serat

perangkat pengukuran medan

VIAVI MTS-2000 OTDR

Terdapat dua port koneksi di bagian atas unit: satu untuk kabel serat optik multimode dan satu untuk kabel single-mode. Kabel harus dihubungkan ke port yang tepat agar pengukuran valid, karena kabel yang berbeda mungkin menggunakan panjang gelombang yang berbeda.

Setelah serat terhubung, OTDR mengirimkan pulsa laser ke dalam kabel, pulsa tersebut merambat dan dipantulkan kembali, dan perangkat mengukur karakteristik cahaya yang dipantulkan kembali tersebut.

Apa yang Dapat Dideteksi oleh OTDR

kerusakan serat

tekukan serat

kerugian sambungan

kerugian konektor

lokasi panel patch

reflektansi

lanjutkan membaca

Sumber Daya dan Solusi Teknologi

panduan teknologi Cara kerja DTS dan DAS

Produk fotas das

Produk integritas foto

Unduhan Lembar data dan brosur