Optik, Elektronik und Informatik zusammen machen dieses Gerät zu dem, was es ist. Wir werden von der Ausbreitung eines einzelnen Photons bis hin zu den modernsten Algorithmen des maschinellen Lernens alles behandeln. Die ausführliche Version der Themen finden Sie unter dem Untermenü „Technologie“.
Die Technologie hinter Distributed Acoustic Sensing
FOTAS ist ein faseroptischer, verteilter akustischer Sensor. Solche Sensoren haben eine empfindliche Technologie. Um zu verstehen, was FOTAS ist, sollten wir ganz am Anfang beginnen. Deshalb gehen wir auf die Schlüsselwörter ein und verstehen sie eins nach dem anderen. Jedes von ihnen ist eine eigenständige Disziplin, aber sie laufen in der Anwendung von FOTAS zusammen. Während wir die Schlüsselwörter durchgehen, werden wir in die anderen Themen abschweifen.
Optik, Elektronik und Informatik zusammen machen dieses Gerät zu dem, was es ist. Wir werden von der Ausbreitung eines einzelnen Photons bis hin zu den modernsten Algorithmen des maschinellen Lernens alles behandeln. Die ausführliche Version der Themen finden Sie unter dem Untermenü „Technologie“.
Laser
Glasfaseroptik
Verteilte
Akustiksensorik
Optische
Zeitbereichsreflektometrie
Die Faseroptik ist ein Studienbereich, der sich mit den optischen Phänomenen im Zusammenhang mit optischen Fasern befasst. Diese Fasern werden aus Glas oder glasähnlichen Materialien hergestellt. Diese Materialien können mit elektrischen Kabeln verglichen werden. Im Gegensatz zum elektrischen Strom gibt es Photonen, die sich in den Kabeln ausbreiten. Diese Kabel sind Gefäße für das FOTAS-System. Alles, was mit den Glasfaserkabeln und der sie umgebenden Physik zu tun hat, ist das Gebiet der Faseroptik.
Das unterirdisch verlegte Glasfaserkabel entlang der geschaffenen Sicherheitslinie sorgt dafür, dass die vom Abfragesystem gesendeten Laserstrahlen das gesamte System durchdringen. Obwohl sie normalen elektrischen Kabeln ähneln, haben Glasfasern eine sehr dünne Struktur aus reinem Glas, die einen schnellen Datenverkehr ermöglicht. Sie besteht aus zwei Hauptteilen, dem Kern und dem Mantel, die unterschiedliche Brechungsindizes haben. Der Mantel schützt die Faser nicht nur vor Stößen, sondern trägt auch zur Führung der sich in der Faser bewegenden optischen Wellen bei. Diese Teile, aus denen das optische Kabel besteht, sind von Polymerbeschichtungen umgeben, um sie zu schützen.
Verteilte akustische Sensoren
Verteilte akustische Sensoren (DAS) sind optoelektronische Geräte, die akustische Signale wahrnehmen können. Schallwellen sind das häufigste Beispiel für akustische Wellen. Vibrationen beispielsweise werden als sich ausbreitende akustische Wellen betrachtet. Daher kann das System Vibrationen wahrnehmen.
Es gibt so genannte aktive und passive Sensoren. Verteilte akustische Sensoren haben aktive Einheiten, die überall gelagert werden können. Am Erfassungsort befindet sich keine aktive Komponente. Die Abfrage erfolgt über Glasfaserkabel. Das System kann jedes Eindringen entlang der Glasfaserstrecke erkennen.
Mit DAS-Systemen werden akustische Signale an jedem Punkt des Faserkabels gemessen. Im Gegensatz zu Sensoren, die an bestimmten festen Punkten messen, wird das Faserkabel im DAS-System als Sensor verwendet. Mit anderen Worten: Das verteilte akustische Sensorsystem verwandelt Faserkabel in Schwingungssensoren.
Alles, was akustische Wellen erzeugt, kann durch DAS-Systeme erfasst werden. Das Einzige, was zählt, sind die Algorithmen der künstlichen Intelligenz. Wenn ein System durch die Erkennung von Pipeline-Sicherheit kalibriert ist, kann es nicht erkannt werden niedrigeren Signalraten.
FOTAS verwendet die phasenempfindliche OTDR-Technologie. Mit dieser Technologie werden die Unterschiede zwischen rückgestreuten Lichtimpulsen gemessen, um festzustellen, ob es einen akustischen Effekt gibt. Es ist die Art von OTDR, die Phasenunterschiede misst. Beginnen wir zunächst damit, was OTDR ist.
OTDR (Optical Time Domain Reflectometry) ist ein Gerät, das für die Charakterisierung von Glasfasern verwendet wird. OTDR misst Zeit und Ort (Bereich). Es sendet Lichtimpulse und misst die Amplitude des zurückgestreuten Lichts. Aus der Zeitdifferenz kann OTDR die Faserlänge berechnen, und aus dem Amplitudenverlust misst OTDR allgemeine Verluste, Bruchstellen und andere Auswirkungen auf das Glasfaserkabel. Die Amplitude des rückgestreuten Lichts nimmt im Verlauf des Glasfaserkabels immer ab. Dies liegt an den Verunreinigungen und der Licht-Teilchen-Wechselwirkung in der Faseroptik. Durch diese abnehmende Amplitude kann OTDR den Verlustkoeffizienten bestimmen. Das ist so ähnlich, wie wenn ein elektrischer Strom auf einen Widerstand trifft. Dieses Funktionsprinzip hilft uns festzustellen, ob die Faser gebrochen ist oder unter einem Verlust leidet, der den Effekt verursacht.
FOTAS basiert auf der phasenempfindlichen optischen Zeitbereichsreflektometrie. (OTDR) Das Licht wird vom Interrogator mit Hilfe eines Lasers in die Glasfaser gesendet und das gesendete Signal wird gemäß der Theorie der Rayleigh-Rückstreuung von vielen Punkten zurückreflektiert. Die zeitliche Umkehrung dieser Signale wird aufgezeichnet, und die im Faserkabel aufgenommenen Zeitsignale werden moduliert. Da OTDR die Faserlänge misst, lässt sich anhand der Kürze des optischen Impulses feststellen, von welchem Teil des Kabels die Rückreflexion ausgeht. Daher können mit der OTDR-Technologie Bedrohungen aufgespürt werden, da die in diesem Bereich auftretenden Impulse die normale Bewegung des in der Faser zirkulierenden Lichts stören.