Капацитет преноса
Оптички кабл преноси драматично више података од бакарног проводника упоредиве величине.
ТЕХНОЛОГИЈА КОЈА СЕ СТВАРА ИЗА FOTAS-а
оптика · електроника · рачунарствоFOTAS је оптички дистрибуирани акустични сензор. Разумевање овог система је могуће само разумевањем технологија које леже у његовој основи.
истражите технолошки водич
платформа за дистрибуиране акустичке сензоре
FOTAS: Напредна решења у дистрибуираном акустичком детектовању
дистрибуирано акустично мерење (das) технологија користи оптичке каблове као сензоре за детекцију акустичних сигнала. fotas комбинује ову технологију са ласерима, инжењерингом оптичких влакана и вештачком интелигенцијом.
Вештачка интелигенција помаже у анализи и тумачењу великих количина података које DAS прикупља. Ово чини систем ефикасним у областима као што су безбедност и праћење инфраструктуре.
У доњим одељцима је објашњено како технологија функционише, почевши од самог оптичког влакна, па све до ласера, дистрибуираног акустичког детектовања и оптичке рефлектометрије у временском домену.
медијум за мерење
Оптичка влакна
Оптичка влакна су подобласт оптике. Док је оптика генерално област светлости, оптичка влакна се баве оптичким феноменима само унутар стаклених влакана. „Влакно“ значи нит, па се оптичка влакна односе на стаклене нити које омогућавају да светлост прође кроз њих.
Већина телекомуникационе инфраструктуре данас се заснива на оптичким кабловима. Они су потомци бакарних електричних каблова — али ако су електрични каблови већ постојали, зашто се уместо њих користе оптички каблови?
Ранији стандардни телекомуникациони каблови су били направљени од бакра или других проводљивих метала. Ови каблови преносе електроне од једног до другог краја, а уз помоћ других уређаја ова струја преноси вредне податке. Бивше телефонске линије, а затим и интернет линије, грађене су од ове врсте кабла.
Како су количине пренетих података расле, каблови засновани на струји почели су да заостају. Године 1990. било је отприлике 2,6 милиона корисника интернета; До 2016. године тај број је достигао 3,406 милијарди. Конвенционални електрични каблови нису могли да поднесу ову потражњу, па су их заменила оптичка влакна.
зашто је влакно заменило бакар
Оптички кабл у односу на бакарни кабл
Оптички каблови могу да пренесу много више података од бакарних каблова — разлика је отприлике реда величине 10 до 1000 пута. Капацитет ставља оптичка влакна испред, али предности се ту не заустављају.
Губитак података
Оптички пренос чува квалитет сигнала на много већим удаљеностима пре него што је потребно појачање.
Брзина преноса
Подаци се преносе фотонима који путују кроз стаклено језгро, а не електронима у металном проводнику.
Отпорност на електромагнетне сметње
Лаки и издржљиви каблови нису под утицајем електромагнетних сметњи дуж спољашњих рута.
Главна компонента оптичког кабла је само оптичко влакно. Оптичка влакна су направљена од стакла или сличних материјала, а њихова сврха је да преносе светлост — тако да материјал мора бити провидан. Светлост која путује каблом генеришу ласерски уређаји.
Поред транспарентности, материјал би требало да буде издржљив, флексибилан, јефтин и лак за производњу. Стакло је изненађујуће флексибилно са пречником од 9 микрометара, а човечанство има хиљаде година индустријског и занатског искуства са њим. Комад стакла се извлачи са висине и обрађује док не постане све тањи и тањи, док језгро не достигне отприлике 9 микрометара.
Оптички кабл се не састоји само од стакленог језгра. Светлост која се шири кроз незаштићено језгро расејавала би се у случајним правцима, па јој је потребан таласовод и заштитни слојеви да би стигла до циљане локације са минималним губицима.
ширење светлости
Како фотони путују унутар оптичког влакна
Светлост путује унутар језгра и одбија се од зидова влакна док се креће. Оптички каблови су дизајнирани тако да се светлосни зраци не могу ширити ка споља — ипак, неки од њих излазе. Овај феномен се назива оптички губитак.
Физички закон који узрокује да се светлост одбија и остаје унутар кабла је Снелов закон. Када светлост остане унутар кабла без губитака током одбијања, овај феномен се назива потпуна унутрашња рефлексија.
Снелов закон
регулише преламање на граници између језгра и омотача, преусмеравајући светлост назад у језгро.
тотална унутрашња рефлексија
одржава светлост вођену дуж влакна на великим удаљеностима са минималним губицима.
оптички губици
мали део светлости који излази или се апсорбује док се импулс шири.
извор светлости
Ласер
Реч ласер је акроним за Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (Појачавање светлости стимулисаном емисијом зрачења). DAS системи и многи други системи се ослањају на ласерску технологију. FOTAS систем користи ласерску светлост за добијање података о продору: ласерска светлост путује преко оптичког кабла и расејава се унутар њега, а расејану светлост сакупља OTDR јединица.
Ласер може изгледати као обичан извор светлости, али је далеко од тога. Ласерска светлост је колимирана, кохерентна и поларизована — три својства која омогућавају Phase-OTDR и FOTAS.
Колимирана светлост
Сви ласерски зраци су паралелни и једносмерни. Путују у истом смеру без укрштања, тако да се скоро никаква снага не губи на путу до циљне локације.
Дивергенција и даље постоји, али је мала у поређењу са сијалицом или LED диодом — што је управо оно што омогућава велике удаљености детекције.
Кохеренција и фаза
Фотони у ласеру деле исту фазу, смер и поларизацију. „Фаза“ потиче од грчке речи за појаву, тако да фазна разлика значи да један талас иде испред или иза другог.
Једнака фаза концентрише енергију - као комбиновање многих слабих удараца чекићем у један ефикасан. Фазна једнакост је оно што омогућава рад Phase-OTDR и FOTAS.
Поларизација
Поларизација значи да осцилације таласа имају дефинитиван смер у односу на његово простирање. Електромагнетни таласи су трансверзални таласи чија електрична и магнетна поља осцилују нормално на смер кретања.
Смер поларизације је дефинисан као паралелан електричном пољу. Познати свакодневни пример су 3Д наочаре, где ротирање главе мења перципирану осветљеност.
Како ласер ради
Ласери раде на основу стимулисане емисије. Атоми имају квантизоване енергетске нивое за своје електроне - нивои постоје на дискретним вредностима. Електрони имају тенденцију да остану на нижим нивоима, али када апсорбују енергију, прелазе на више.
Пошто виши енергетски нивои нису енергетски стабилни, електрони имају тенденцију да емитују ту додатну енергију и падну назад. Већину времена ово се дешава спонтано, што се назива спонтана емисија.
Код ласера, ова емисија је контролисана тако да се емисије уместо тога стимулишу. Када фотон апсорбује већ побуђени електрон, електрон емитује два идентична фотона. Те фотоне апсорбују други електрони, који емитују много више - основни принцип рада ласера.
претварање влакна у сензор
Дистрибуирано акустично детектовање
Дистрибуирано акустично детектовање (DAS) је технологија која детектује акустичне сигнале. Сила која путује кроз материјале изазива померање притиска у медијуму кроз који пролази - ваздух, земља, вода и тако даље. Ови феномени померања називају се акустични таласи, а звучни таласи су њихов најчешћи пример.
Сензори са једном тачком детектују сигнале само на једном месту, попут врха игле. Код дистрибуираних сензора, насупрот томе, структура детекције је континуирана. FOTAS користи оптичке каблове за дистрибуирано акустично детектовање: светлосни таласи који се шире у каблу су под утицајем акустичних таласа, а погођена светлост се детектује уређајима као што је оптичка рефлектометрија у временском домену (OTDR).
Дистрибуирано акустично детектовање односи се на систем оптоелектронских производа који врше контролу и мерење у реалном времену путем оптичких каблова који се протежу преко циљаних граница.
Најосновнији начин да се разуме FOTAS технологија јесте да се замисли неко како хода по траци за трчање. Док се крећу супротно од правца траке, звучни таласи се шире око њих. Неко на одређеној удаљености може да разуме да је особа на траци за трчање путем праћења у реалном времену — чак и без да је у истој просторији.
Током овог процеса, акустични сигнали се мере у свакој тачки дуж оптичког кабла. За разлику од сензора који мере на фиксним одређеним тачкама, DAS систем користи сам кабл као сензор. Другим речима, дистрибуирани акустични сензор претвара оптички кабл у микрофоне.
Сензори са једном тачком
Детекција се дешава само тамо где је постављен физички сензор.
- Једна тачка детекције по уређају
- Ненадгледани простори између сензора
- Више теренских уређаја и веза
- Ограничена видљивост дуж дугих рута
FOTAS Дистрибуирано детектовање
Структура детекције је континуирана дуж целе инсталиране руте оптичког влакна.
- Мерење на свакој тачки кабла
- Сам кабл делује као сензор
- Праћење у реалном времену дуж руте
- Локализација догађаја дуж влакна
мерење и карактеризација
Оптичка рефлектометрија у временском домену
Оптичка рефлектометрија у временском домену је метода мерења која се користи за карактеризацију многих карактеристика оптичких каблова. Углавном се користи за процену стања кабла и лоцирање проблема: ако постоји било какав проблем везан за пренос у влакну, OTDR га може пронаћи.
Најчешћа употреба је лоцирање прекида. Оптички каблови могу да преносе податке отприлике стотину километара пре појачавања, тако да би ручно испитивање сваке тачке било практично немогуће. Мора постојати уређај који испитује кабл из даљине - то је сврха OTDR-а.
Шта је OTDR?
OTDR шаље светлосне импулсе у влакно и мери амплитуду повратно расејане светлости. Из временске разлике израчунава дужину влакна, а из губитка амплитуде одређује опште губитке, тачке ломљења и друге ефекте дуж кабла.
Амплитуда повратно расејане светлости увек опада дуж путање због нечистоћа и интеракције светлости и честица унутар влакна. Из овог пада, OTDR изводи коефицијент губитака - слично као што електрична струја наилази на отпор. Овај принцип рада открива да ли је влакно прекинуто или је подложно било ком другом ефекту који изазива губитке.
Што се даље дуж кабла врши мерење, то је слабија амплитуда расејања. Уређај такође бележи временску разлику, тако да се локација проблема може идентификовати и дијагностиковати.
уређај за мерење поља
VIAVI MTS-2000 OTDR
Два прикључна порта се налазе на врху јединице: један за вишемодне оптичке каблове и један за једномодне каблове. Кабл мора бити повезан на исправан порт за валидна мерења, јер различити каблови могу користити различите таласне дужине.
Када је влакно повезано, OTDR шаље ласерски импулс у кабл, импулс путује и расејава се уназад, а уређај мери карактеристике те повратно расејане светлости.
Шта OTDR може да детектује
наставите са читањем
Технолошки ресурси и решења
инжењерска подршка
Разговарајте о свом пројекту сензора оптичким влакнима
Разговарајте са инжењерским тимом FOTAS-а о даљини детекције, избору кабла, дизајну руте, захтевима за детекцију и архитектури интеграције.