İletim Kapasitesi
Fiber optik kablolar, benzer boyuttaki bakır iletkenlerden çok daha fazla veri taşır.
FOTAS'IN ARKASINDAKİ TEKNOLOJİ
OPTICS · ELECTRONICS · COMPUTER SCIENCEFOTAS, fiber optik tabanlı dağıtık bir akustik sensördür. Bu sistemi anlamak, temelinde yer alan teknolojileri anlamakla mümkündür.
EXPLORE THE TECHNOLOGY GUIDE
DISTRIBUTED ACOUSTIC SENSING PLATFORM
FOTAS: Dağıtık Akustik Algılamada Gelişmiş Çözümler
Dağıtık Akustik Algılama (DAS) teknolojisi, akustik sinyalleri tespit etmek 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 verinin analiz edilmesine ve yorumlanmasına yardımcı olur. Bu sayede sistem güvenlik ve altyapı izleme gibi alanlarda etkili hâle gelir.
Aşağıdaki bölümler, optik fiberden başlayarak lazerler, dağıtık akustik algılama ve optik zaman alanı reflektometrisine uzanan süreçte teknolojinin nasıl çalıştığını açıklar.
THE SENSING MEDIUM
Fiber Optik
Fiber optik, optiğin bir alt dalıdır. Optik genel olarak ışığı incelerken fiber optik yalnızca cam fiberlerin içindeki optik olaylarla ilgilenir. “Fiber” lif veya iplik anlamına gelir; dolayısıyla fiber optik, ışığın içinden geçmesini sağlayan cam lifleri ifade eder.
Günümüzde telekomünikasyon altyapısının büyük bölümü fiber optik kablolara dayanır. Bunlar bakır elektrik kablolarının devamı niteliğindedir. Peki elektrik kabloları zaten varken neden fiber optik kablolar kullanılır?
Geçmişte standart telekomünikasyon kabloları bakırdan veya başka iletken metallerden üretilirdi. Bu kablolar elektronları bir uçtan diğer uca taşır; başka cihazların yardımıyla elektrik akımı değerli verileri iletir. Önce telefon hatları, ardından internet hatları bu tür kablolardan oluşturuldu.
Aktarılan veri miktarı büyüdükçe elektrik akımına dayalı kablolar yetersiz kalmaya başladı. 1990'da yaklaşık 2,6 milyon internet kullanıcısı bulunurken bu sayı 2016'da 3,406 milyara ulaştı. Geleneksel elektrik kabloları bu talebi karşılayamaz hâle geldi ve yerlerini fiber optik kablolara bıraktı.
WHY FIBER REPLACED COPPER
Fiber Optik Kablo ve Bakır Kablo Karşılaştırması
Fiber optik kablolar, bakır kablolardan çok daha fazla veri iletebilir; fark yaklaşık 10 ila 1000 kat mertebesindedir. Kapasite fiber optiği öne çıkarır, ancak avantajları bununla sınırlı değildir.
Veri Kaybı
Optik iletim, yükseltme gerekmeden çok daha uzun mesafelerde sinyal kalitesini korur.
Aktarım Hızı
Veriler metal bir iletkendeki elektronlarla değil, cam çekirdekte ilerleyen fotonlarla taşınır.
Elektromanyetik Girişime Dayanıklılık
Hafif ve dayanıklı kablolar, dış güzergâhlardaki elektromanyetik girişimlerden etkilenmez.
Fiber optik kablonun temel bileşeni optik fiberin kendisidir. Optik fiberler camdan veya benzeri malzemelerden yapılır ve amaçları ışık taşımaktır; bu nedenle malzemenin saydam olması gerekir. Kablo içinde ilerleyen ışık lazer aygıtları tarafından üretilir.
Saydamlığın yanında malzemenin dayanıklı, esnek, ekonomik ve kolay üretilebilir olması da beklenir. Cam, 9 mikrometre çapında şaşırtıcı derecede esnektir; insanlık da cam işleme konusunda binlerce yıllık endüstriyel ve zanaatkârlık deneyimine sahiptir. Bir cam kütlesi yüksekten çekilip gittikçe inceltilir; çekirdek çapı yaklaşık 9 mikrometreye ulaşır.
Fiber optik kablo yalnızca cam çekirdekten oluşmaz. Korunmamış bir çekirdekte yayılan ışık rastgele yönlere saçılabilir; bu nedenle hedef konuma en az kayıpla ulaşabilmesi için dalga kılavuzuna ve koruyucu katmanlara ihtiyaç vardır.
LIGHT PROPAGATION
Fotonlar Optik Fiberin İçinde Nasıl İlerler?
Işık çekirdeğin içinde ilerlerken fiberin sınırlarından yansır. Fiber optik kablolar, ışık ışınlarının dışarı çıkmaması için tasarlanır; yine de bir bölümü kaçabilir. Bu olgu optik kayıp olarak adlandırılır.
Işığın yansıyarak kablo içinde kalmasını sağlayan fizik yasası Snell Yasası'dır. Işığın yansıyarak kayıp olmadan kablo içinde kalması olgusuna Tam İç Yansıma denir.
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
Lazer
Lazer sözcüğü İngilizce “Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation” ifadesinin kısaltmasıdır; Türkçesi, “Uyarılmış Işıma Yoluyla Işığın Güçlendirilmesi”dir. DAS ve başka pek çok sistem lazer teknolojisine dayanır. FOTAS, izinsiz giriş verilerini elde etmek için lazer ışığından yararlanır: Işık fiber optik kablo boyunca ilerler, fiberin içinde saçılır ve saçılan ışık OTDR ünitesi tarafından toplanır.
Lazer sıradan bir ışık kaynağına benzeyebilir ancak ondan oldukça farklıdır. Lazer ışığı paralel demetli, koherent ve kutuplanmış olabilir; bu üç özellik Faz-OTDR ve FOTAS'ı mümkün kılar.
Paralel Demetli Işık
Lazer ışınları büyük ölçüde paralel ve tek yönlüdür. Aynı yönde birbirlerini kesmeden ilerledikleri için hedefe giderken çok az güç kaybederler.
Demet açılması yine de vardır, ancak ampul veya LED ile karşılaştırıldığında çok küçüktür; bu da uzun algılama mesafelerini mümkün kılan özelliklerden biridir.
Koherens ve Faz
Bir lazerdeki fotonlar aynı faz, yön ve kutuplanma özelliklerini paylaşabilir. “Faz” sözcüğü görünüm anlamına gelen Yunanca bir sözcükten türemiştir; faz farkı ise bir dalganın diğerinin önünde veya arkasında ilerlemesini ifade eder.
Faz uyumu enerjinin birlikte etkili olmasını sağlar; tıpkı birçok zayıf çekiç darbesinin tek bir güçlü darbede birleşmesi gibi. Faz uyumu, Faz-OTDR ve FOTAS'ın çalışmasını sağlayan önemli ilkelerden biridir.
Kutuplanma
Kutuplanma, bir dalganın salınımlarının yayılma yönüne göre belirli bir doğrultuda olmasıdır. Elektromanyetik dalgalar, elektrik ve manyetik alanları ilerleme yönüne dik titreşen enine dalgalardır.
Kutuplanma yönü elektrik alanla paralel olarak tanımlanır. Günlük yaşamdan tanıdık bir örnek, başınızı çevirdiğinizde algılanan parlaklığın değiştiği 3D gözlüklerdir.
Lazer Nasıl Çalışır?
Lazerlerin çalışma temeli uyarılmış ışıma olgusudur. Atomlardaki elektronlar kuantalanmış enerji düzeylerinde bulunur; bu düzeyler belirli, ayrık değerler alır. Elektronlar daha düşük düzeylerde kalma eğilimindedir, ancak enerji soğurduklarında daha yüksek düzeylere çıkarlar.
Yüksek enerji düzeyleri kararlı olmadığından elektronlar fazla enerjiyi yayarak yeniden düşük düzeylere iner. Çoğu zaman bu süreç kendiliğinden gerçekleşir ve kendiliğinden ışıma olarak adlandırılır.
Lazerde ise bu ışıma kontrol edilerek uyarılmış ışıma hâline getirilir. Uyarılmış durumdaki bir elektron bir fotonla etkileştiğinde, aynı özelliklere sahip ikinci bir foton yayabilir. Bu fotonlar başka uyarılmış atomlarda daha fazla foton yayılmasını tetikler; lazerin temel çalışma ilkesi budur.
TURNING FIBER INTO A SENSOR
Dağıtık Akustik Algılama
Dağıtık Akustik Algılama (DAS), akustik sinyalleri tespit eden bir teknolojidir. Malzemeler içinde ilerleyen kuvvetler, içinden geçtikleri hava, toprak, su gibi ortamlarda basınç değişimlerine yol açar. Bu değişimler akustik dalga olarak adlandırılır ve ses dalgaları bunun en yaygın örneğidir.
Tek noktalı sensörler, iğne ucu gibi yalnızca bulundukları yerde sinyal tespit eder. Dağıtık sensörlerde ise algılama yapısı süreklidir. FOTAS, dağıtık akustik algılama için fiber optik kablolar kullanır: Kabloda ilerleyen ışık dalgaları akustik dalgalardan etkilenir ve değişen ışık, Optik Zaman Alanı Reflektometrisi (OTDR) gibi yöntemleri kullanan cihazlarla algılanır.
Dağıtık akustik algılama, hedeflenen sınırlar boyunca uzanan fiber optik kablolar üzerinden gerçek zamanlı kontrol ve ölçüm yapan optoelektronik ürünlerden oluşan bir sistemi ifade eder.
FOTAS teknolojisini anlamanın en basit yollarından biri, koşu bandında yürüyen birini hayal etmektir. Kişi bandın hareket yönüne ters yönde yürürken çevresine ses dalgaları yayılır. Belirli bir mesafedeki başka biri, aynı odada olmasa bile gerçek zamanlı izleme sayesinde koşu bandında birinin bulunduğunu anlayabilir.
Bu süreçte akustik sinyaller fiber kablonun tüm noktaları boyunca ölçülür. Sabit konumlardaki sensörlerden farklı olarak DAS sistemi kablonun kendisini sensör olarak kullanır. Başka bir ifadeyle dağıtık akustik algılama, fiber kabloyu mikrofonlara dönüştürür.
Tek Noktalı Sensörler
Tespit yalnızca fiziksel sensörün yerleştirildiği noktada gerçekleşir.
- Cihaz başına tek tespit noktası
- Sensörler arasında izlenmeyen alanlar
- Daha fazla saha cihazı ve bağlantı
- Uzun güzergâhlarda sınırlı görünürlük
FOTAS Dağıtık Algılama
Algılama yapısı, kurulu fiber güzergâhının tamamı boyunca süreklidir.
- Kablonun her noktasında ölçüm
- Kablonun kendisi sensör görevi görür
- Güzergâh boyunca gerçek zamanlı izleme
- Fiber üzerinde olay konumlandırma
MEASUREMENT AND CHARACTERIZATION
Optik Zaman Alanı Reflektometrisi
Optik Zaman Alanı Reflektometrisi (OTDR), fiber optik kabloların pek çok özelliğini belirlemek için kullanılan bir ölçüm yöntemidir. Genellikle kablo durumunu değerlendirmek ve sorunları konumlandırmak amacıyla kullanılır: Fiberde iletimle ilgili bir sorun varsa OTDR bunu bulabilir.
En yaygın kullanım, kopmaların yerini belirlemektir. Fiber optik kablolar yükseltme gerektirmeden yaklaşık yüz kilometre boyunca veri taşıyabildiğinden her noktayı elle incelemek pratikte mümkün değildir. Kabloyu uzaktan inceleyen bir cihaza ihtiyaç vardır; OTDR'nin amacı budur.
OTDR Nedir?
OTDR, fibere ışık darbeleri gönderir ve geri saçılan ışığın genliğini ölçer. Zaman farkından fiber uzunluğunu hesaplar; genlikteki kayıptan kablo boyunca genel kayıpları, kopma noktalarını ve diğer etkileri belirler.
Geri saçılan ışığın genliği, fiber içindeki safsızlıklar ve ışık-parçacık etkileşimleri nedeniyle güzergâh boyunca azalır. OTDR bu azalmadan, elektrik akımının dirençle karşılaşmasına benzer biçimde bir kayıp katsayısı çıkarır. Bu çalışma prensibi, fiberin kopuk olup olmadığını veya kayba neden olan başka bir etkiden etkilenip etkilenmediğini gösterir.
Ölçüm kablonun ne kadar uzağında yapılırsa saçılan ışığın genliği o kadar zayıflar. Cihaz zaman farkını da kaydederek sorunun konumunun belirlenmesini ve tanılanmasını sağlar.
FIELD MEASUREMENT DEVICE
VIAVI MTS-2000 OTDR
Cihazın üst bölümünde iki bağlantı portu bulunur: biri çok modlu fiber optik kablolar, diğeri tek modlu kablolar içindir. Farklı kablolarda farklı dalga boyları kullanılabildiğinden geçerli ölçüm için kablo doğru porta bağlanmalıdır.
Fiber bağlandıktan sonra OTDR kabloya bir lazer darbesi gönderir, darbe ilerleyip geriye saçılır ve cihaz geri saçılan ışığın özelliklerini ölçer.
OTDR Neleri Tespit Edebilir?
CONTINUE READING
Teknoloji Kaynakları ve Çözümler
ENGINEERING SUPPORT
Fiber Optik Algılama Projenizi Görüşelim
Algılama mesafesi, kablo seçimi, güzergâh tasarımı, tespit gereksinimleri ve entegrasyon mimarisini FOTAS mühendislik ekibiyle görüşün.