Distributed Acoustic Sensing (DAS) ist eine revolutionäre Technologie, die Echtzeiteinblicke in Akustik- und Vibrationsdaten entlang eines Glasfaserkabels bietet. Im Wesentlichen verwandelt es Standard-Glasfasern oder speziell entwickelte Kabel in ein riesiges Netzwerk empfindlicher virtueller Mikrofone oder Vibrationssensoren. DAS erfasst eine umfangreiche Reihe akustischer Informationen von diesen virtuellen Mikrofonen, und das alles in Echtzeit.
Eine DAS-Einheit leitet den Prozess ein, indem sie einen kurzen Laserlichtimpuls entlang der Glasfaser aussendet. Dieses Licht erfährt winzige, während der Herstellung voreingestellte Schwankungen im Brechungsindex, wodurch ein Teil davon durch Rayleigh-Rückstreuung oder kontrollierte Reflexionsmethoden wie Faser-Bragg-Gitter zurück zur Quelle reflektiert wird. Alle Schallwellen oder Vibrationen, die durch das Glas dringen, verändern dieses Rückstreumuster und weisen auf Aktivität an bestimmten Punkten hin. Diese Änderungen können dann interpretiert werden, um Schwingungseigenschaften zu erkennen, oder akustisch analysiert werden.
DAS findet Anwendung bei verschiedenen linearen Anlagen wie Pipelines, Straßen, Eisenbahnschienen, Grenzen und Zäunen. Durch den Einsatz maßgeschneiderter Algorithmen ermöglicht es die Überwachung, Verfolgung und Erkennung verschiedener Aktivitäten und Ereignisse entlang dieser Anlagen, einschließlich Fahrzeug- und Personenverkehr, Ausgrabungen oder Tunnelbau. Darüber hinaus dient es als wertvolles Werkzeug zur Überwachung des Anlagenzustands und erleichtert die Erkennung von Vorfällen wie Pipeline-Leckagen oder beschädigten Schienen usw.
DAS bietet mehrere Vorteile, insbesondere die einfache Installation und den minimalen Stromverbrauch vor Ort. Es kann große Entfernungen von bis zu 45 km (30 Meilen) abdecken, wobei sich diese Reichweite bei Geräten mit zwei Köpfen verdoppelt. Darüber hinaus vereinfacht es Sensorsysteme im Vergleich zu herkömmlichen Punktsensormethoden erheblich. In vielen Fällen können vorhandene „dunkle“ Fasern in unmittelbarer Nähe des zu überwachenden Objekts neben etablierten Netzwerken genutzt werden. Die Verlegung neuer Glasfaserkabel ist relativ kostengünstig und überschüssige Fasern können für Aufgaben wie die Objektkommunikation oder die Bereitstellung von Breitband in ländlichen Gebieten wiederverwendet werden.
Im Wesentlichen stellt Distributed Acoustic Sensing eine bahnbrechende Technologie dar, die beispiellose Einblicke in akustische und Vibrationsdaten bietet und weitreichende Anwendungsmöglichkeiten in verschiedenen Branchen und Sektoren bietet.
Innerhalb der Faser erfährt das Lichtsignal aufgrund seiner Wechselwirkung mit dem inneren Kern und dem Mantel zahlreiche Reflexionen und Brechungen. Selbst die kleinste Bewegung löst Veränderungen dieser Reflexionen und Brechungen aus.
Werden diese Veränderungen am Terminal mit einem Abfragegerät beobachtet, sind sie ein eindeutiger Hinweis auf jegliche Aktivität entlang der Leitung. Durch den Einsatz präziser digitalisierter Algorithmen ermittelt das Abfragegerät die Entfernung der Signaländerung und lokalisiert so effektiv den Ort der Störung entlang der Leitung.
Stellen Sie sich ein Laserlichtsignal vor, das durch ein Glasfaserkabel fließt, ähnlich wie Wasser, das durch einen Schlauch fließt. So wie eine Störung in der Mitte eines fließenden Wasserschlauchs eine kleine Welle im Fluss erzeugt, bewirkt jede physische Störung eines Glasfaser-Sensorkabels eine Signaländerung. Diese Veränderung wandert entlang der Faser und zeigt sich am Endpunkt deutlich, ähnlich wie der Wasserfluss aus dem Schlauch.
Die verteilte akustische Sensorik über Glasfaserkabel dient verschiedenen Anwendungen, darunter seismische Sensorik, Grenz- und Perimeterschutz, Überwachung der Pipeline-Integrität und Sicherheitsgarantien in der Industrie, im Bergbau, in der Wasserkraft und in der Transportinfrastruktur. Darüber hinaus können Glasfaserkabel Temperaturänderungen erkennen, obwohl diese Funktion von der akustischen Sensorik verschieden ist.
Die Vorteile der verteilten akustischen Sensorik über Glasfaser liegen in ihrer hohen Empfindlichkeit gegenüber mikroskopischen physikalischen Veränderungen in der Faser, wodurch seismische Ereignisse, menschliche Bewegungen und Schallschwingungen in der Luft erkannt werden können. Die Verwendung von Laserlichtsignalen gewährleistet Immunität gegen elektromagnetische Störungen und Hochfrequenzstörungen, wodurch optische Sensorkabel für Umgebungen mit hoher Spannung und Blitzeinschlägen geeignet sind. Darüber hinaus bieten Glasfaserkabel eine hohe Flexibilität, sind leicht und an verschiedene Gelände anpassbar, ohne dass zur Erfassung an beiden Enden ein Abschluss erforderlich ist.
FOTAS-Systeme (Fiber Optic Based Distributed Acoustic Sensing) nutzen verteilte akustische Sensorik für Sicherheits- und Erkennungszwecke und nutzen dabei die vorhandene Glasfaserinfrastruktur. Diese Systeme sind hervorragend geeignet für die Erkennung von Aktivitäten wie Graben, Ausschachtungen und unbefugtem Betreten, mit Echtzeitüberwachung von Vibrationen wie Gehen, auf 10 Meter genau. Durch die Nutzung vernachlässigter Zonen werden Fehlalarme in ständig aktiven Bereichen minimiert, wobei alle empfangenen Alarme über eine Webschnittstelle gemeldet und zur Analyse gespeichert werden. Sie gewährleisten Immunität gegen elektromagnetische und hochfrequente Störungen, wodurch optische Sensorkabel für Hochspannungs- und blitzgefährdete Umgebungen geeignet sind. Darüber hinaus bieten Glasfaserkabel eine hohe Flexibilität, sind leicht und an verschiedene Gelände anpassbar, ohne dass zur Erkennung an beiden Enden ein Abschluss erforderlich ist.
