გადაცემის სიმძლავრე
ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელი გაცილებით მეტ მონაცემს გადასცემს, ვიდრე მსგავსი ზომის სპილენძის გამტარი.
FOTAS-ის ტექნოლოგია
OPTICS · ELECTRONICS · COMPUTER SCIENCEFOTAS არის ბოჭკოვანი ოპტიკური განაწილებული აკუსტიკური სენსორი. ამ სისტემის გაგება შესაძლებელია მხოლოდ მის საფუძვლად არსებული ტექნოლოგიების გაგებით.
EXPLORE THE TECHNOLOGY GUIDE
DISTRIBUTED ACOUSTIC SENSING PLATFORM
FOTAS: განაწილებული აკუსტიკური ზონდირების მოწინავე გადაწყვეტილებები
განაწილებული აკუსტიკური ზონდირების (DAS) ტექნოლოგია იყენებს ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელებს, როგორც სენსორებს აკუსტიკური სიგნალების აღმოსაჩენად. FOTAS აერთიანებს ამ ტექნოლოგიას ლაზერებთან, ბოჭკოვანი ოპტიკური ინჟინერიასთან და ხელოვნურ ინტელექტთან.
ხელოვნური ინტელექტი ხელს უწყობს DAS-ის მიერ შეგროვებული დიდი რაოდენობით მონაცემების ანალიზსა და ინტერპრეტაციას. ეს სისტემას ეფექტურს ხდის ისეთ სფეროებში, როგორიცაა უსაფრთხოება და ინფრასტრუქტურის მონიტორინგი.
ქვემოთ მოცემული ნაწილები განმარტავს, თუ როგორ მუშაობს ტექნოლოგია, დაწყებული თავად ოპტიკური ბოჭკოდან და გრძელდება ლაზერებით, განაწილებული აკუსტიკური სენსორით და ოპტიკური დროის დომენის რეფლექტომეტრიით.
THE SENSING MEDIUM
ბოჭკოვანი ოპტიკა
ბოჭკოვანი ოპტიკა ოპტიკის ქვესფეროა. მიუხედავად იმისა, რომ ოპტიკა ზოგადად სინათლის სფეროა, ბოჭკოვანი ოპტიკა მხოლოდ მინის ბოჭკოებში არსებულ ოპტიკურ მოვლენებს ეხება. „ბოჭკოვანი“ ძაფს ნიშნავს, ამიტომ ბოჭკოვანი ოპტიკა ეხება მინის ძაფებს, რომლებიც სინათლეს მათში გავლის საშუალებას აძლევს.
დღევანდელი ტელეკომუნიკაციის ინფრასტრუქტურის უმეტესობა ბოჭკოვან ოპტიკურ კაბელებზეა დაფუძნებული. ისინი სპილენძის ელექტრო კაბელების შთამომავლები არიან - მაგრამ თუ ელექტრო კაბელები უკვე არსებობდა, რატომ გამოიყენება ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელები?
ადრე სტანდარტული ტელეკომუნიკაციის კაბელები სპილენძის ან სხვა გამტარი ლითონებისგან მზადდებოდა. ეს კაბელები ელექტრონებს ერთი ბოლოდან მეორემდე ატარებენ და სხვა მოწყობილობების დახმარებით ეს დენი ძვირფას მონაცემებს ატარებს. ამ ტიპის კაბელისგან აშენდა ყოფილი სატელეფონო ხაზები, შემდეგ კი ინტერნეტ ხაზები.
გადაცემული მონაცემების მოცულობის ზრდასთან ერთად, დენზე დაფუძნებული კაბელები დეფიციტი დაიწყო. 1990 წელს დაახლოებით 2.6 მილიონი ინტერნეტ მომხმარებელი იყო; 2016 წლისთვის ეს რიცხვი 3.406 მილიარდს მიაღწია. ჩვეულებრივი ელექტრო კაბელები ამ მოთხოვნას ვერ ახერხებდნენ და მათი ადგილი ბოჭკოვანმა ოპტიკამ დაიკავა.
WHY FIBER REPLACED COPPER
ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელი სპილენძის კაბელის წინააღმდეგ
ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელები გაცილებით მეტ მონაცემს გადასცემენ, ვიდრე სპილენძის კაბელები - სხვაობა დაახლოებით 10-დან 1000-ჯერ მეტია. სიმძლავრე ბოჭკოვან ოპტიკას წინ უსწრებს, მაგრამ უპირატესობები ამით არ მთავრდება.
მონაცემთა დაკარგვა
ოპტიკური გადაცემა ინარჩუნებს სიგნალის ხარისხს გაცილებით დიდ მანძილზე, სანამ გაძლიერება საჭირო გახდება.
გადაცემის სიჩქარე
მონაცემებს გადააქვთ ფოტონები, რომლებიც მინის ბირთვში მოძრაობენ და არა ლითონის გამტარში ელექტრონები.
ელექტრომაგნიტური ტალღების წინააღმდეგობა
მსუბუქ და გამძლე კაბელებზე გავლენას არ ახდენს ელექტრომაგნიტური ჩარევა გარე მარშრუტებზე.
ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელის მთავარი კომპონენტი თავად ოპტიკური ბოჭკოა. ოპტიკური ბოჭკოები დამზადებულია მინის ან მსგავსი მასალებისგან და მათი დანიშნულებაა სინათლის გატარება - ამიტომ მასალა გამჭვირვალე უნდა იყოს. კაბელში გამავალი სინათლე ლაზერული მოწყობილობებით გენერირდება.
გამჭვირვალობის გარდა, მასალა უნდა იყოს გამძლე, მოქნილი, იაფი და მარტივი წარმოებისთვის. მინა საოცრად მოქნილია 9 მიკრომეტრი დიამეტრით და კაცობრიობას ათასობით წლიანი სამრეწველო და ხელოსნური გამოცდილება აქვს ამ სფეროში. მინის ნაჭერი სიმაღლიდან იჭრება და მუშავდება მანამ, სანამ ის სულ უფრო და უფრო თხელი არ გახდება, სანამ ბირთვი დაახლოებით 9 მიკრომეტრს არ მიაღწევს.
ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელი მხოლოდ მინის ბირთვისგან არ შედგება. დაუცველი ბირთვის გავლით გავრცელებული სინათლე შემთხვევითი მიმართულებით იფანტება, ამიტომ მას სჭირდება ტალღის გამტარი და დამცავი ფენები, რათა მინიმალური დანაკარგით მიაღწიოს სამიზნე ადგილს.
LIGHT PROPAGATION
როგორ მოძრაობენ ფოტონები ოპტიკურ ბოჭკოში
სინათლე მოძრაობს ბირთვის შიგნით და მოძრაობისას ბოჭკოს კედლებს იხეხება. ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელები ისეა შექმნილი, რომ სინათლის სხივები ვერ გავრცელდება გარეთ - მიუხედავად ამისა, ზოგიერთი მათგანი მაინც გარბის. ამ ფენომენს ოპტიკური დანაკარგი ეწოდება.
ფიზიკური კანონი, რომელიც სინათლეს კაბელში ახეხავს და რჩება, არის სნელის კანონი. როდესაც სინათლე კაბელში დანაკარგის გარეშე რჩება ახეხვის დროს, ამ ფენომენს სრული შინაგანი არეკვლა ეწოდება.
Snell's Law
Governs refraction at the boundary between core and
cladding, redirecting light back into the core.
Total Internal Reflection
Keeps the light guided along the fiber over long distances
with minimum loss.
Optical Loss
The small portion of light that escapes or is absorbed as
the pulse propagates.
THE LIGHT SOURCE
ლაზერი
სიტყვა „ლაზერი“ არის აბრევიატურა, რომელიც გულისხმობს სინათლის გაძლიერებას რადიაციის სტიმულირებული ემისიის გზით. DAS სისტემები და მრავალი სხვა სისტემა ლაზერულ ტექნოლოგიას ეყრდნობა. FOTAS სისტემა იყენებს ლაზერულ სინათლეს შეჭრის მონაცემების მისაღებად: ლაზერული სინათლე მოძრაობს ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელის გასწვრივ და იფანტება მის შიგნით, ხოლო გაფანტულ სინათლეს აგროვებს OTDR მოწყობილობა.
ლაზერი შეიძლება ჩვეულებრივი სინათლის წყაროს ჰგავდეს, მაგრამ ეს სულაც არ არის. ლაზერული სინათლე არის კოლიმირებული, კოჰერენტული და პოლარიზებული - სამი თვისება, რაც შესაძლებელს ხდის ფაზურ-OTDR-ს და FOTAS-ს.
კოლიმირებული სინათლე
ყველა ლაზერული სხივი პარალელური და ცალმხრივია. ისინი მოძრაობენ ერთი მიმართულებით გადაკვეთის გარეშე, ამიტომ სამიზნე ადგილმდებარეობისკენ მიმავალ გზაზე ენერგია თითქმის არ იკარგება.
დივერგენცია მაინც არსებობს, მაგრამ ის უმნიშვნელოა ნათურასთან ან LED-თან შედარებით - რაც ზუსტად ისაა, რაც შესაძლებელს ხდის დიდ მანძილზე ზონდირებას.
კოჰერენტობა და ფაზა
ლაზერში ფოტონებს აქვთ ერთი და იგივე ფაზა, მიმართულება და პოლარიზაცია. „ფაზა“ ბერძნული სიტყვიდან მომდინარეობს, რაც გარეგნობას ნიშნავს, ამიტომ ფაზური სხვაობა ნიშნავს, რომ ერთი ტალღა მეორის წინ ან უკან მიემართება.
თანაბარი ფაზა ენერგიის კონცენტრირებას ახდენს — როგორც მრავალი სუსტი ჩაქუჩის დარტყმის გაერთიანება ერთ ეფექტურ დარტყმად. ფაზური თანასწორობა არის ის, რაც Phase-OTDR-სა და FOTAS-ს მუშაობის საშუალებას აძლევს.
პოლარიზაცია
პოლარიზაცია ნიშნავს, რომ ტალღის რხევებს აქვთ განსაზღვრული მიმართულება მისი გავრცელების მიმართ. ელექტრომაგნიტური ტალღები არის განივი ტალღები, რომელთა ელექტრული და მაგნიტური ველები პერპენდიკულარულად ირხევა მოძრაობის მიმართულებით.
პოლარიზაციის მიმართულება განისაზღვრება, როგორც ელექტრული ველის პარალელური. ნაცნობი ყოველდღიური მაგალითია 3D სათვალე, სადაც თავის ბრუნვა ცვლის აღქმულ სიკაშკაშეს.
როგორ მუშაობს ლაზერი
ლაზერები მუშაობენ სტიმულირებული ემისიის საფუძველზე. ატომებს აქვთ კვანტიზებული ენერგიის დონეები მათი ელექტრონებისთვის — დონეები არსებობს დისკრეტული მნიშვნელობებით. ელექტრონები, როგორც წესი, უფრო დაბალ დონეზე რჩებიან, მაგრამ როდესაც ისინი ენერგიას შთანთქავენ, ისინი უფრო მაღალ დონეზე გადადიან.
რადგან უფრო მაღალი ენერგიის დონეები ენერგეტიკულად სტაბილური არ არის, ელექტრონები, როგორც წესი, გამოყოფენ ამ დამატებით ენერგიას და უკან ეშვებიან. უმეტეს შემთხვევაში ეს სპონტანურად ხდება, რასაც სპონტანურ ემისიას უწოდებენ.
ლაზერში ეს ემისია კონტროლდება ისე, რომ ემისია სტიმულირდება. როდესაც ფოტონი უკვე აღგზნებული ელექტრონის მიერ შეიწოვება, ელექტრონი ასხივებს ორ იდენტურ ფოტონს. ეს ფოტონები შთანთქავს სხვა ელექტრონებს, რომლებიც გაცილებით მეტს ასხივებენ - ლაზერის ძირითადი მუშაობის პრინციპი.
TURNING FIBER INTO A SENSOR
განაწილებული აკუსტიკური ზონდირება
განაწილებული აკუსტიკური ზონდირება (DAS) არის ტექნოლოგია, რომელიც აფიქსირებს აკუსტიკურ სიგნალებს. მასალებში გამავალი ძალა იწვევს წნევის გადაადგილებას იმ გარემოში, რომელშიც ის გადის - ჰაერი, მიწა, წყალი და ა.შ. ამ გადაადგილების ფენომენებს აკუსტიკური ტალღები ეწოდება და მათი ყველაზე გავრცელებული მაგალითია ბგერითი ტალღები.
ერთწერტილიანი სენსორები აფიქსირებენ სიგნალებს მხოლოდ ერთ ადგილას, მაგალითად, ნემსის წვერიდან. განაწილებულ სენსორებში, პირიქით, სენსორული სტრუქტურა უწყვეტია. FOTAS იყენებს ბოჭკოვან ოპტიკურ კაბელებს განაწილებული აკუსტიკური ზონდირებისთვის: კაბელში გავრცელებული სინათლის ტალღები აკუსტიკური ტალღების გავლენის ქვეშაა და დაზარალებულ სინათლეს აფიქსირებს ისეთი მოწყობილობები, როგორიცაა ოპტიკური დროის დომენის რეფლექტომეტრია (OTDR).
განაწილებული აკუსტიკური სენსორი გულისხმობს ოპტოელექტრონული პროდუქტების სისტემას, რომელიც ახორციელებს რეალურ დროში კონტროლს და გაზომვას ოპტიკურ-ბოჭკოვანი კაბელების მეშვეობით, რომლებიც გადაჭიმულია სამიზნე საზღვრებზე.
FOTAS ტექნოლოგიის გაგების ყველაზე ძირითადი გზაა წარმოვიდგინოთ ადამიანი, რომელიც დადის სარბენ ბილიკზე. როდესაც ისინი მოძრაობენ ქამრის მიმართულების საწინააღმდეგოდ, ხმის ტალღები ვრცელდება მათ გარშემო. გარკვეულ მანძილზე მყოფ ადამიანს შეუძლია გაიგოს, რომ ადამიანი სარბენ ბილიკზე იმყოფება რეალურ დროში მონიტორინგის საშუალებით - თუნდაც იმავე ოთახში ყოფნის გარეშე.
ამ პროცესის განმავლობაში, აკუსტიკური სიგნალები იზომება ბოჭკოვანი კაბელის ყველა წერტილში. სენსორებისგან განსხვავებით, რომლებიც ზომავენ ფიქსირებულ, განსაზღვრულ წერტილებში, DAS სისტემა იყენებს თავად კაბელს, როგორც სენსორს. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, განაწილებული აკუსტიკური სენსორი ბოჭკოვან კაბელს მიკროფონებად გარდაქმნის.
ერთპუნქტიანი სენსორები
დეტექცია ხდება მხოლოდ იქ, სადაც განთავსებულია ფიზიკური სენსორი.
- ერთი აღმოჩენის წერტილი თითო მოწყობილობაზე
- სენსორებს შორის არაკონტროლირებადი სივრცეები
- მეტი საველე მოწყობილობა და კავშირი
- შეზღუდული ხილვადობა გრძელი მარშრუტების გასწვრივ
FOTAS განაწილებული სენსორი
სენსორული სტრუქტურა უწყვეტია მთელი დამონტაჟებული ბოჭკოვანი მარშრუტის გასწვრივ.
- კაბელის ყველა წერტილში გაზომვა
- თავად კაბელი სენსორის ფუნქციას ასრულებს
- მარშრუტის რეალურ დროში მონიტორინგი
- მოვლენების ლოკალიზაცია ბოჭკოვანი კაბელის გასწვრივ
MEASUREMENT AND CHARACTERIZATION
ოპტიკური დროის დომენის რეფლექტომეტრია
ოპტიკური დროის დომენის რეფლექტომეტრია არის გაზომვის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელების მრავალი მახასიათებლის დასახასიათებლად. ის ძირითადად გამოიყენება კაბელის მდგომარეობის შესაფასებლად და პრობლემების დასადგენად: თუ ბოჭკოვან კაბელში გადაცემასთან დაკავშირებული რაიმე პრობლემაა, OTDR-ს შეუძლია მისი პოვნა.
ყველაზე გავრცელებული გამოყენებაა წყვეტების პოვნა. ბოჭკოვანი კაბელებს შეუძლიათ მონაცემების გადატანა დაახლოებით ასი კილომეტრის მანძილზე გაძლიერებამდე, ამიტომ ყველა წერტილის ხელით შემოწმება პრაქტიკულად შეუძლებელი იქნება. უნდა არსებობდეს მოწყობილობა, რომელიც კაბელს შორიდან ამოწმებს - ეს არის OTDR-ის დანიშნულება.
რა არის OTDR?
OTDR აგზავნის სინათლის იმპულსებს ბოჭკოვან კაბელში და ზომავს უკუგაფანტული სინათლის ამპლიტუდას. დროის სხვაობიდან ის ითვლის ბოჭკოს სიგრძეს, ხოლო ამპლიტუდის დანაკარგიდან განსაზღვრავს ზოგად დანაკარგებს, წყვეტის წერტილებს და სხვა ეფექტებს კაბელის გასწვრივ.
უკუგაფანტული სინათლის ამპლიტუდა ყოველთვის მცირდება მარშრუტის გასწვრივ ბოჭკოში არსებული მინარევებისა და სინათლე-ნაწილაკების ურთიერთქმედების გამო. ამ შემცირებიდან OTDR იღებს დანაკარგის კოეფიციენტს - ელექტრული დენის წინააღმდეგობის მსგავსი. ეს მუშაობის პრინციპი აჩვენებს, დაზიანებულია თუ არა ბოჭკო თუ ექვემდებარება სხვა დანაკარგის გამომწვევ ეფექტს.
რაც უფრო შორს ხდება გაზომვა კაბელის გასწვრივ, მით უფრო სუსტი ხდება გაფანტული ამპლიტუდა. მოწყობილობა ასევე აფიქსირებს დროის სხვაობას, რათა პრობლემის ადგილმდებარეობის იდენტიფიცირება და დიაგნოსტიკა მოხდეს.
FIELD MEASUREMENT DEVICE
VIAVI MTS-2000 OTDR
მოწყობილობის ზედა ნაწილში განთავსებულია ორი შეერთების პორტი: ერთი მრავალრეჟიმიანი ბოჭკოვანი ოპტიკური კაბელებისთვის და ერთი ერთრეჟიმიანი კაბელებისთვის. ვალიდური გაზომვებისთვის კაბელი უნდა იყოს დაკავშირებული სწორ პორტთან, რადგან სხვადასხვა კაბელმა შეიძლება გამოიყენოს სხვადასხვა ტალღის სიგრძე.
ბოჭკოვანი კავშირის შემდეგ, OTDR აგზავნის ლაზერულ იმპულსს კაბელში, იმპულსი მოძრაობს და იფანტება უკან და მოწყობილობა ზომავს ამ უკუგაფანტული სინათლის მახასიათებლებს.
რისი აღმოჩენა შეუძლია OTDR-ს
CONTINUE READING
ტექნოლოგიური რესურსები და გადაწყვეტილებები
ENGINEERING SUPPORT
განიხილეთ თქვენი ბოჭკოვანი ოპტიკური სენსორების პროექტი
ესაუბრეთ FOTAS-ის საინჟინრო გუნდს მანძილის სენსორების, კაბელის შერჩევის, მარშრუტის დიზაინის, აღმოჩენის მოთხოვნებისა და ინტეგრაციის არქიტექტურის შესახებ.