TEKNOLOJIA ILIYO NYUMA YA FOTAS

DISTRIBUTED ACOUSTIC SENSING PLATFORM

FOTAS: Suluhisho za Kina katika Utambuzi wa Akustika Uliosambazwa

Teknolojia ya Utambuzi wa Akustika Uliosambazwa (DAS) hutumia kebo za nyuzi optiki kama vitambuzi ili kugundua ishara za akustika. FOTAS inachanganya teknolojia hii na leza, uhandisi wa nyuzi optiki na akili bandia.

Akili bandia husaidia kuchambua na kutafsiri kiasi kikubwa cha data iliyokusanywa na DAS. Hii inafanya mfumo kuwa mzuri katika maeneo kama vile ufuatiliaji wa usalama na miundombinu.

Sehemu zilizo hapa chini zinaelezea jinsi teknolojia inavyofanya kazi, kuanzia nyuzi za macho zenyewe na kuendelea kupitia leza, kuhisi akustisk iliyosambazwa na reflekometri ya kikoa cha muda cha macho.

FOTAS fiber optic distributed sensing unit.

THE SENSING MEDIUM

Optik za Nyuzi

Optik za nyuzi ni uwanja mdogo wa optik. Ingawa optik ni uwanja wa mwanga kwa ujumla, optik za nyuzi huhusika na matukio ya macho ndani ya nyuzi za kioo pekee. "Nyuzi" inamaanisha uzi, kwa hivyo optik za nyuzi hurejelea nyuzi za kioo zinazoruhusu mwanga kupita ndani yake.

Miundombinu mingi ya mawasiliano ya simu leo inategemea nyaya za nyuzi za macho. Ni vizazi vya nyaya za umeme za shaba - lakini ikiwa nyaya za umeme tayari zilikuwepo, kwa nini nyaya za nyuzi za macho hutumika badala yake?

Kebo za kawaida za mawasiliano ya simu za awali zilitengenezwa kwa shaba au metali zingine zinazopitisha umeme. Kebo hizi hubeba elektroni kutoka upande mmoja hadi mwingine, na kwa msaada wa vifaa vingine mkondo huu hubeba data muhimu. Laini za simu za zamani, na kisha laini za intaneti, zilijengwa kutoka kwa aina hii ya kebo.

Kadri ujazo wa data uliohamishwa ulivyoongezeka, nyaya zinazotegemea mkondo zilianza kupungua. Mnamo 1990 kulikuwa na takriban watumiaji milioni 2.6 wa intaneti; Kufikia mwaka wa 2016 idadi hiyo ilikuwa imefikia bilioni 3.406. Nyaya za kawaida za umeme hazikuweza kushughulikia mahitaji haya, na nyuzi za macho zilichukua nafasi yake.

WHY FIBER REPLACED COPPER

Kebo ya Optiki ya Nyuzinyuzi dhidi ya Kebo ya Shaba

Nyenzo za optiki ya nyuzi zinaweza kusambaza data nyingi zaidi kuliko nyaya za shaba — tofauti hiyo ni takriban mara 10 hadi 1000. Uwezo huweka nyuzi za macho mbele, lakini faida zake haziishii hapo.

10–1000×

Uwezo wa Usambazaji

Kebo ya optiki ya nyuzi hubeba data nyingi zaidi kuliko kondakta wa shaba wa ukubwa unaofanana.

Minimal

Upotevu wa Data

Usambazaji wa macho huhifadhi ubora wa mawimbi kwa umbali mrefu zaidi kabla ya ukuzaji kuhitajika.

Light

Kasi ya Uhamisho

Data hubebwa na fotoni zinazosafiri kupitia kiini cha kioo, si na elektroni katika kondakta wa chuma.

Immune

Upinzani wa EMI

Nyenzo nyepesi na za kudumu haziathiriwi na kuingiliwa kwa sumakuumeme kwenye njia za nje.

Fiber optic cable construction: core, cladding and coating layers — Construction of a fiber optic cable: core, cladding and protective coating layers.

Sehemu kuu ya kebo ya optiki ya nyuzinyuzi ni nyuzi yenyewe. Nyuzinyuzi za macho hutengenezwa kwa kioo au vifaa sawa, na kusudi lake ni kubeba mwanga — kwa hivyo nyenzo lazima iwe wazi. Mwanga unaosafiri kwenye kebo huzalishwa na vifaa vya leza.

Zaidi ya uwazi, nyenzo inapaswa kuwa ya kudumu, inayonyumbulika, isiyo ghali na rahisi kutengeneza. Kioo hunyumbulika kwa kushangaza kwa kipenyo cha mikromita 9, na ubinadamu una uzoefu wa maelfu ya miaka wa viwanda na ufundi nayo. Kipande cha kioo hutolewa kutoka urefu na kusindika hadi kinapokuwa chembamba na chembamba, hadi kiini kifikie takriban mikromita 9.

Kebo ya nyuzinyuzi haijumuishi kiini cha kioo pekee. Mwanga unaoenea kupitia kiini kisicholindwa ungetawanyika kwa njia zisizo na mpangilio, kwa hivyo unahitaji mwongozo wa wimbi na tabaka za kinga ili kufikia eneo lengwa kwa hasara ndogo.

Core The transparent glass centre, approximately 9 micrometers in diameter, through which the photons actually travel.

Cladding A coating with a lower refractive index than the core, forming the wave-guide that keeps light propagating inside the core.

Coating Protective layers applied over the cladding. For special uses these include UV and radiation protection, enabling deployment anywhere — including transatlantic routes.

LIGHT PROPAGATION

Jinsi Photoni Zinavyosafiri Ndani ya Nyuzinyuzi za Macho

Mwanga husafiri ndani ya kiini na kuruka kutoka kwenye kuta za nyuzi kadri unavyoendelea. Nyaya za nyuzinyuzi za macho zimeundwa ili miale ya mwanga isiweze kuenea nje — hata hivyo, baadhi yake hutoroka. Jambo hili linaitwa upotevu wa macho.

Sheria ya kimwili inayofanya mwanga kuruka na kubaki ndani ya kebo ni Sheria ya Snell. Wakati mwanga unabaki ndani ya kebo bila kupoteza wakati unaruka, jambo hilo huitwa Tafakari ya Ndani Yote.

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.

How photons travel inside the optical fiber through total internal reflection

THE LIGHT SOURCE

Laser

Neno laser ni kifupi cha Ukuzaji wa Mwanga kwa Kuchochewa kwa Mionzi. Mifumo ya DAS na mifumo mingine mingi hutegemea teknolojia ya leza. Mfumo wa FOTAS hutumia mwanga wa leza kupata data ya kuingilia: mwanga wa leza husafiri kwenye kebo ya fiber optic na kutawanyika ndani yake, na mwanga uliotawanyika hukusanywa na kitengo cha OTDR.

Leza inaweza kuonekana kama chanzo cha kawaida cha mwanga, lakini iko mbali nayo. Mwanga wa leza umeunganishwa, unashikamana na umegawanyika - sifa tatu zinazofanya Awamu-OTDR na FOTAS ziwezekane.

Coherent laser light compared with ordinary light

Mwanga Uliochanganywa

Miale yote ya leza ni sambamba na ya upande mmoja. Husafiri katika mwelekeo mmoja bila kuvuka, kwa hivyo karibu hakuna nguvu inayopotea njiani kuelekea eneo lengwa.

Mseto bado upo, lakini ni mdogo ikilinganishwa na balbu au LED - ambayo ndiyo hasa inafanya umbali mrefu wa kuhisi uwezekane.

Mshikamano na Awamu

Fotoni katika leza zina awamu, mwelekeo na upolarishaji sawa. "Awamu" inatokana na neno la Kigiriki linalomaanisha mwonekano, kwa hivyo tofauti ya awamu inamaanisha wimbi moja linapita mbele au nyuma ya lingine.

Awamu sawa huzingatia nishati - kama vile kuchanganya mipigo mingi dhaifu ya nyundo kuwa moja yenye ufanisi. Usawa wa awamu ndio unaoruhusu Awamu-OTDR na FOTAS kufanya kazi.

Electromagnetic waves oscillating perpendicular to the direction of propagation

Upolarishaji

Upolarishaji unamaanisha mitetemo ya wimbi ina mwelekeo dhahiri kuhusiana na uenezaji wake. Mawimbi ya sumakuumeme ni mawimbi yanayopita ambayo uwanja wake wa umeme na sumaku hubadilika kulingana na mwelekeo wa usafiri.

Mwelekeo wa upolarishaji hufafanuliwa kama sambamba na uwanja wa umeme. Mfano unaojulikana wa kila siku ni miwani ya 3D, ambapo kuzunguka kichwa chako hubadilisha mwangaza unaoonekana.

Jinsi Leza Inavyofanya Kazi

Leza hufanya kazi kwa msingi wa utoaji uliochochewa. Atomu zina viwango vya nishati vilivyopimwa kwa elektroni zao - viwango vipo kwa thamani tofauti. Elektroni huwa zinabaki katika viwango vya chini, lakini zinaponyonya nishati huhamia kwenye vile vya juu zaidi.

Kwa sababu viwango vya juu vya nishati si imara kinguvu, elektroni huwa hutoa nishati hiyo ya ziada na kurudi chini. Mara nyingi hii hutokea kivyake, ambayo huitwa utoaji wa hiari.

Katika leza, utoaji huu hudhibitiwa ili uzalishaji uchochewe badala yake. Wakati fotoni inapofyonzwa na elektroni ambayo tayari imesisimka, elektroni hutoa fotoni mbili zinazofanana. Fotoni hizo hufyonzwa na elektroni zingine, ambazo hutoa nyingi zaidi - kanuni ya msingi ya kufanya kazi ya leza.

TURNING FIBER INTO A SENSOR

Utambuzi wa Acoustic Uliosambazwa

Utambuzi wa Acoustic Uliosambazwa (DAS) ni teknolojia inayogundua ishara za akustisk. Nguvu inayosafiri kupitia vifaa husababisha uhamishaji wa shinikizo katika njia inayopita - hewa, ardhi, maji na kadhalika. Matukio haya ya uhamishaji huitwa mawimbi ya akustisk, na mawimbi ya sauti ndio mfano wao wa kawaida.

Vitambuzi vya nukta moja hugundua ishara katika sehemu moja tu, kama ncha ya sindano. Katika vitambuzi vilivyosambazwa, kwa upande mwingine, muundo wa kuhisi unaendelea. FOTAS hutumia nyaya za fiber optic kwa ajili ya kuhisi akustisk iliyosambazwa: mawimbi ya mwanga yanayoenea kwenye kebo huathiriwa na mawimbi ya akustisk, na mwanga ulioathiriwa hugunduliwa na vifaa kama vile Optical Time Domain Reflectometry (OTDR).

Distributed acoustic sensing technology along a fiber optic route — Distributed acoustic sensing converts the fiber optic route into a continuous line of measuring points.

Kuhisi akustisk iliyosambazwa hurejelea mfumo wa bidhaa za optoelectronic zinazofanya udhibiti na kipimo cha wakati halisi kupitia nyaya za fiber optic zinazoenea kwenye mipaka inayolengwa.

Njia ya msingi zaidi ya kuelewa teknolojia ya FOTAS ni kufikiria mtu akitembea kwenye mashine ya kukanyaga. Wanaposogea kinyume na mwelekeo wa mkanda, mawimbi ya sauti huenea karibu nao. Mtu aliye umbali fulani anaweza kuelewa kwamba mtu yuko kwenye mashine ya kukanyaga kupitia ufuatiliaji wa wakati halisi - hata bila kuwa katika chumba kimoja.

Katika mchakato huu wote, ishara za akustisk hupimwa katika kila nukta kando ya kebo ya nyuzi. Tofauti na vitambuzi vinavyopima katika nukta zilizowekwa, mfumo wa DAS hutumia kebo yenyewe kama kitambuzi. Kwa maneno mengine, kitambuzi cha akustisk kilichosambazwa hubadilisha kebo ya nyuzi kuwa maikrofoni.

ISOLATED MEASUREMENTS

Vitambuzi vya Pointi Moja

Ugunduzi hutokea tu pale ambapo kitambuzi halisi kimewekwa.

Sehemu moja ya kugundua kwa kila kifaa
Nafasi zisizofuatiliwa kati ya vitambuzi
Vifaa na miunganisho zaidi ya uwanjani
Mwonekano mdogo kwenye njia ndefu

CONTINUOUS SENSING

Utambuzi Uliosambazwa wa FOTAS

Muundo wa kuhisi unaendelea kando ya njia nzima ya nyuzi iliyosanikishwa.

Vipimo katika kila sehemu ya kebo
Kebo yenyewe hufanya kazi kama kitambuzi
Ufuatiliaji wa wakati halisi kwenye njia
Ujanibishaji wa matukio kando ya nyuzi

MEASUREMENT AND CHARACTERIZATION

Tafakari ya Kikoa cha Wakati wa Macho

Tafakari ya Kikoa cha Wakati wa Macho ni njia ya kipimo inayotumika kuainisha sifa nyingi za kebo za nyuzi. Inatumika zaidi kutathmini hali ya kebo na kupata matatizo: ikiwa kuna tatizo lolote linalohusiana na upitishaji kwenye nyuzi, OTDR inaweza kuipata.

Matumizi ya kawaida ni kupata mapumziko. Kebo za nyuzi zinaweza kubeba data kwa takriban kilomita mia moja kabla ya ukuzaji, kwa hivyo kukagua kila sehemu kwa mkono itakuwa vigumu sana. Lazima kuwe na kifaa kinachochunguza kebo kutoka mbali - hiyo ndiyo madhumuni ya OTDR.

OTDR ni Nini?

OTDR hutuma mapigo ya mwanga kwenye nyuzi na kupima ukubwa wa mwanga uliotawanyika nyuma. Kutoka kwa tofauti ya muda huhesabu urefu wa nyuzi, na kutoka kwa hasara ya ukubwa huamua hasara za jumla, sehemu za kuvunjika na athari zingine kando ya kebo.

Ukubwa wa mwanga uliotawanyika nyuma hupungua kila wakati njiani kwa sababu ya uchafu na mwingiliano wa mwanga na chembe ndani ya nyuzi. Kutokana na kupungua huku, OTDR hupata mgawo wa hasara - sawa na upinzani wa umeme unaokutana na mkondo. Kanuni hii ya kufanya kazi inaonyesha ikiwa nyuzi imevunjika au inakabiliwa na athari nyingine yoyote inayosababisha hasara.

Kadiri kipimo kinavyochukuliwa zaidi kando ya kebo, ndivyo ukubwa uliotawanyika unavyozidi kuwa dhaifu. Kifaa pia hurekodi tofauti ya muda, ili eneo la tatizo liweze kutambuliwa na kugunduliwa.

OTDR trace analysis showing backscattered light amplitude along the fiber

FIELD MEASUREMENT DEVICE

VIAVI MTS-2000 OTDR

Njia mbili za muunganisho ziko juu ya kitengo: moja kwa nyaya za nyuzi za optiki za hali nyingi na moja kwa nyaya za hali moja. Kebo lazima iunganishwe na lango sahihi kwa vipimo halali, kwani nyaya tofauti zinaweza kutumia mawimbi tofauti.

Mara tu nyuzi inapounganishwa, OTDR hutuma mapigo ya leza kwenye kebo, mapigo husafiri na kutawanyika nyuma, na kifaa hupima sifa za mwanga huo uliotawanyika nyuma.

Kile ambacho OTDR Inaweza Kugundua

Fiber Break

Fiber Bending

Splice Loss

Connector Loss

Patch Panel Locations

Reflectance

Rasilimali na Suluhisho za Teknolojia

TECHNOLOGY GUIDE How DTS and DAS Work

PRODUCT FOTAS DAS

PRODUCT FOTAS INTEGRITY

DOWNLOADS Datasheets and Brochures