FOTAS’IN ARKASINDAKİ TEKNOLOJİ
FOTAS, fiber optik tabanlı bir dağıtık akustik sensördür. Bu sistemi anlamak, ancak onun temelini oluşturan teknolojileri anlamakla mümkündür. Optik, elektronik ve bilgisayar bilimi, FOTAS’ın temel yapı taşlarıdır. Bu alanlarda yer alan tüm teknikler, aşağıdaki teknoloji bölümlerinde açıklanmaktadır.
FOTAS: DAĞITIK AKUSTİK ALGILAMADA (DAS) GELİŞMİŞ ÇÖZÜMLER
Dağıtık Akustik Algılama (DAS) teknolojisi, akustik sinyalleri algılamak için fiber optik kabloları sensör olarak kullanır. FOTAS, bu teknolojiyi lazerler, fiber optik mühendisliği ve yapay zekâ ile birleştirir. Yapay zekâ, DAS tarafından toplanan büyük miktardaki veriyi analiz edip yorumlamaya yardımcı olur. Bu, sistemi güvenlik ve altyapı izleme gibi alanlarda etkili hale getirir. Bu makale, DAS teknolojisinin nasıl çalıştığını ve hangi alanlarda uygulanabileceğini basit ve anlaşılır bir şekilde açıklamayı amaçlar.
Fiber optik, optiğin bir alt dalıdır. Optik ışığın bilimiyle ilgilenirken, fiber optik yalnızca cam fiberlerdeki optik olaylarla ilgilenir. Fiber, iplik anlamına gelir ve fiber optik dendiğinde, ışığın içinden geçmesini sağlayan cam iplikler kastedilir. Telekomünikasyonla ilgili tüm fiziksel olgular fiber optiği içerir. Günümüzde internetin büyük kısmı fiber optik kablolarla sağlanır. Bunlar bakır elektrik kablolarının gelişmiş halidir. Peki, elektrik kabloları varken neden fiber optik kablolar kullanıyoruz?
Eskiden kullanılan standart telekomünikasyon kabloları bakır veya diğer iletken metallerden yapılırdı. Bu kablolar, bir uçtan diğer uca elektron taşır. Elektrik akımı, diğer cihazların yardımıyla veri taşır. Eski telefon hatları ve ardından internet hatları bu tip kablolardan oluşurdu.
Zamanla yeni teknolojiler bu eski kabloların yerini aldı. Fiber optik teknoloji bu noktada devreye girdi. Aktarılan veri miktarı arttıkça elektrik akımı tabanlı kablolar yetersiz kaldı. 1990’da dünya genelinde 2,6 milyon internet kullanıcısı varken, 2016’da bu sayı 1310 kat artarak 3,406 milyara ulaştı. Geleneksel elektrik kablolarının bu veri yükünü taşıyamaması, fiber optik teknolojisine geçişi zorunlu kıldı.
Fiber optik kablolar, bakır kablolara göre çok daha fazla veri aktarabilir. Hatta bu hız farkı 10 ila 1000 kat arasında değişir. Yüksek taşıma kapasitesi, fiber optiği öne çıkaran en önemli özelliklerden biridir. Fiber optik kablolar ayrıca minimum veri kaybı, ışık hızında veri transferi, hafif ama dayanıklı yapı, elektromanyetik parazitlere karşı bağışıklık gibi birçok avantaj sağlar. Bunlardan en önemlisi taşıma kapasitesi ve maliyet avantajıdır. Fiber optik kabloların yapısını anlamak için ana bileşenlerine bakalım.
Fiber optik kablonun ana bileşeni, optik fiberdir. Optik fiberler camdan veya benzeri malzemelerden yapılır. Bu fiberin amacı ışığı (fotonları) taşımaktır, dolayısıyla malzemenin şeffaf olması gerekir. Fiber optik kablodaki ışık, lazer cihazları tarafından üretilir. Malzemenin şeffaf olmasının yanı sıra dayanıklı, esnek, ucuz ve kolay üretilebilir olması gerekir. Cam, 9 mikrometre çapında oldukça esnek olabilir. Ayrıca cam üretiminde binlerce yıllık bir insan deneyimi vardır, bu da fiber üretimini kolay ve ucuz hale getirir.
Fiber optik kablo yalnızca “çekirdek” yani cam kısmından oluşmaz. Işık, çekirdekten korumasız şekilde yayıldığında dağılabilir. Bu nedenle ışığın hedefe minimum kayıpla ulaşması için bir “dalga kılavuzu” ve koruyucu katmanlara ihtiyaç vardır. Çekirdeğin etrafı, daha düşük kırılma indisine sahip bir malzemeyle kaplanır, buna “kaplama” (cladding) denir. Kaplama, ışığın çekirdek içinde yansıyarak ilerlemesini sağlar. Üstüne uygulanan ek koruyucu katman ise “kaplama katmanı”dır (coating). UV veya radyasyon koruması gibi özel kaplamalarla fiber optik kablolar okyanus altı telekomünikasyon dâhil her yerde kullanılabilir.
Işık (foton), çekirdek boyunca ilerlerken kablonun iç yüzeyinden yansıyarak yol alır. Fiberin tasarımı, ışığın dışarı sızmadan içeride kalmasını sağlar. Ancak bir miktar ışık yine de kaybolur; buna “optik kayıp” denir. Işığın içeride tutulmasını sağlayan fizik yasası Snell Yasası’dır. Işığın kayıpsız içeride kalmasına ise “Tam İç Yansıma” denir.
Lazer kelimesi “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” ifadesinin kısaltmasıdır. DAS sistemleri ve birçok teknoloji lazer kullanır. FOTAS sistemi, lazer ışığını kullanarak algılama yapar. Lazer ışığı fiber optik kablo boyunca ilerlerken saçılır ve bu saçılan ışık OTDR cihazı tarafından toplanır.
Lazer sıradan bir ışık kaynağı gibi görünse de özel bir ışıktır. Öncelikle lazer ışığı kolimedir; yani tüm ışınlar birbirine paralel ve aynı yönde ilerler, bu da hedefe gönderilen gücün kaybolmamasını sağlar. Ayrıca lazer ışığı koherendir; fotonlar aynı fazda, yönde ve polarizasyondadır. Bu özellikler, lazeri yazıcılardan CD/DVD okuyucularına kadar birçok alanda ve Phase-OTDR gibi sistemlerde vazgeçilmez kılar.
DAS, fiber optik kablolar üzerinden akustik sinyalleri algılayabilen bir teknolojidir. Malzemelerden geçen kuvvetler, ortamda (hava, toprak, su vb.) basınç değişimlerine neden olur; bu değişimlere akustik dalga denir. Ses dalgaları bunun en yaygın örneğidir.
Noktasal sensörler yalnızca tek bir noktadan sinyal alırken, dağıtık sensörler fiber boyunca kesintisiz çalışır. FOTAS, fiber optik kabloları sensör olarak kullanır. Fiber içindeki ışık dalgaları, akustik dalgalardan etkilenir ve bu değişimler OTDR gibi cihazlarla tespit edilir.
Bu teknoloji, fiber optik kabloların gerçek zamanlı kontrol ve ölçümünü sağlar. DAS’ı anlamanın en basit yolu, bir koşu bandı üzerinde yürürken çıkan titreşimlerin başka bir odadan bile algılanabilmesini hayal etmektir. Fiber boyunca her noktadaki akustik sinyaller sensörler tarafından algılanır ve fiber adeta bir mikrofon ağına dönüşür.
OTDR, fiber optik kablolardaki birçok özelliği ölçen bir cihazdır. Genellikle kablo durumunu ve sorunlarını tespit etmek için kullanılır. Fiberdeki kopukluklar, bükülmeler, ek noktalar, konnektör kayıpları gibi sorunları belirler. OTDR, kabloya lazer darbesi gönderir ve geri saçılan ışığı ölçer. Geri dönen sinyalin süresi ve genliği, kablonun uzunluğunu, kayıp katsayısını ve arıza konumunu tespit etmeyi sağlar. Bu, elektrik kablolarındaki direncin ölçülmesine benzer. Böylece fiberin bütünlüğü ve sorunları uzaktan kolayca tespit edilir.
